Откуда берутся заряды в тучах – НЛО выполняет коррекцию климата (фото, видео) или ОТКУДА БЕРЕТСЯ ДОЖДИК, НА САМОМ ДЕЛЕ..?: gilliotinus

Наука в Сибири | Как в облаках получаются молнии?

Отвечает: 

лаборант Института ядерной физики им. Г. И. Будкера аспирант НГУ Антон Вячеславович Судников и ведущий научный сотрудник Института солнечно-земной физики СО РАН доктор физико-математических наук Виктор Григорьевич Файнштейн.

 



Мне интересно, как в облаках получается молния? Как там скапливаются одноименные отрицательные заряды в облаке, они же отталкиваются?
Вы случайно не знаете, где можно выучиться у нас в России на астрофизика? (Прокопьева Ангелина)


А.В. Судников:

Начнём по порядку. Сначала придётся ответить на вопрос: откуда берутся грозовые тучи?
Для их формирования необходимо сочетание нескольких факторов:
1) достаточно сильный восходящий поток воздушных масс. Наиболее простая причина для этого — нагрев воздуха от раскаленной солнцем земли, поводом могут также послужить атмосферные фронты и многое другое.
 2) высокая влажность. Бывают и «сухие грозы», но они редки, а их причины специфичны.

Ещё важно заметить, что в воздухе всегда есть некоторое количество положительных и отрицательных ионов, образовавшихся, в основном, из-за космического излучения.

Если эти (и некоторые другие) факторы выполняются, может возникнуть ситуация, когда мелкие капли и снежинки летят вверх, а крупные — вниз. Поскольку капля воды в электрическом поле Земли (которое составляет 100 Вольт на один метр) электризуется таким образом, что её нижняя поверхность заряжается положительно, а верхняя — отрицательно, то снизу в каплю приходит больше отрицательных зарядов, а сверху — наоборот. Из-за этого капля, летящая вниз, собирает отрицательный заряд, а капля, летящая вверх — положительный. Если посмотреть на тучу в целом, то получается, что отрицательный заряд скапливается в её нижней части, на поверхности земли в свою очередь собирается положительный заряд-изображение, притянутый отрицательно заряженной нижней кромкой облака.

Одноименно заряженные капли, конечно, отталкиваются, но деваться им некуда. Вверх — мешает сила тяжести, вниз — уходят вместе с дождём, но он уносит не так много заряда. Вбок — так там такая же туча. Поэтому они и скапливаются.

Получается конденсатор — устройство для накопления заряда и энергии электрического поля — размером в несколько (а иногда — несколько сотен) километров. Однако электрическое поле в нём всё ещё недостаточно, чтобы «пробить» воздух в любом месте. Пробой — ситуация, когда каждый летящий электрон набирает достаточно энергии, чтобы ионизировать молекулы, в нашем случае — азота и кислорода. При ионизации возрастает число свободных электронов и ионов, соответственно, каждая капля собирает в своём полёте больший заряд, поэтому отрицательный заряд нижней части тучи возрастает. Но в нашем случае свободная заряженная частица не успевает разогнаться до энергии, достаточной для этого. Тогда большую роль получают быстрые космические частицы. Они, во-первых, проходят большее расстояние и поэтому эффективнее ускоряются (соответственно у них есть энергия для ионизации), а, во-вторых, просто выбивают из молекул электроны достаточно высокой энергии.   

Вокруг следа космической частицы образуется область с высокой концентрацией свободных зарядов. Он выступает как остриё, на котором электрическое поле заметно возрастает и становится достаточным для возникновения того самого «пробоя», когда любой электрон может разогнаться до энергии, достаточной, чтобы выбить из молекулы ещё один. В этом случае количество заряженных частиц возрастает лавинообразно. Если при этом на земле есть другая «игла» — громоотвод или высокое дерево — с него по тому же типу начинает развиваться встречный пробой.

В тот момент, когда два канала ионизированного воздуха встречаются, отрицательный заряд с тучи получает возможность свободно «стечь» на землю. Что он и делает, разогревая канал молнии до высокой температуры. Из-за этого происходит вспышка света и резкое расширение воздуха в канале, становящееся причиной грома.

В. Г. Файнштейн:

- Проще всего выйти в Интернет и выяснить, в каких вузах готовят таких специалистов. Наиболее близкий мне - это Иркутский государственный университет, его выпускники потом как раз идут работать к нам, в Институт солнечно-земной физики. Возможность выучиться на астрофизика есть также в Москве, Санкт-Петербурге, Казани. Казанская школа по астрофизике раньше была одной из самых сильных. На сегодняшний день лучшие школы, как мне представляется, -  в Москве и Санкт-Петербурге.
 

Фото: 1 - Юлия Позднякова, 2 - vsp.ru

Поделись с друзьями: 

www.sbras.info

почему облака имеют чёткую форму?

Чаще всего образование облаков происходит в результате восходящего движения воздуха. Подъем воздуха может быть вызван несколькими причинами. Воздух может подниматься в результате термической конвекции – подъем более теплого и легкого воздуха, нагретого от земной поверхности. Возможен и еще один способ облакообразования – турбулентный. В нижнем слое атмосферы толщиной 1 - 1,5 км на некоторой высоте иногда возникает слой замедленного падения температуры. Ниже слоя в результате интенсивного турбулентного перемешивания происходит перераспределение тепла и влаги, они переносятся вверх от подстилающей поверхности. В результате температура в подинверсионном слое понижается, а влажность увеличивается (водяной пар задерживается инверсионным слоем), что приводит к образованию облачности. Большую роль в облакообразовании играют аэрозольные частицы, которые всегда присутствуют в атмосфере. Это мельчайшие капельки солей и кислот, твердые частицы солей, пыли, дымов, почвы, споры растений и др. Концентрация аэрозолей очень изменчива и зависит как от погодных условий, так и от территории. В процессе облакообразования частицы аэрозолей служат ядрами, на которые конденсируется водяной пар при пересыщении с последующим образованием облачных капель и кристаллов.

Когда облако находится у поверхности земли или моря, мы называем его «туман». Обычно туман образуется по ночам и рано утром. Он связан с холодным потоком воздуха, который опускается на теплые поверхности суши или воды.

- Почему облака имеют четкие очертания и не «рассыпается»?
- Границы облака имеют определенные очертания, потому что теплые вертикальные потоки воздуха огибают облака и если часть облака попадет в область теплого воздуха то она просто испарится.

- Кто проделывает среди облаков разрывы?
- Разрывы среди облаков проделывают воздушные потоки ветра и конвективные потоки теплового воздуха поднимающегося от земли.

- Не кажется ли вам, что облака должны были бы распределятся по небесному своду более равномерно?
- Нет, потому что, чем выше, тем давление меньше, в соответствии с этим они подразделяются на несколько видов: высокие, средневысокие, низкие и те, которые могут существовать на всех уровнях. Во-вторых, место возникновения облака, его размеры и форма определяется рельефом местности.

- Почему же облака не падают?
- Потому что размер водяных пылинок, из которых состоят облака, чрезвычайно мал. Однако их поверхность значительна по сравнению с весом. Благодаря этому мельчайшие частицы воды обладают большой парусностью - их падение очень замедляется сопротивлением воздуха. Что удерживает облако? Облако удерживают воздушные течения, поднимающиеся вверх от земли, поддерживают облака на небе.

- Если облака падают, то почему все они проплывают над нашими головами на одной и той же высоте, которая не изменяется в течение долгого времени?
- Облака в воздухе перемещаются по воздушному потоку. Направление и высота воздушных потоков зависят от распределения давления на поверхности земли. Ниже облака опуститься не могут, потому что, опускаясь, они попадают в область теплого воздуха, испаряются и вновь вместе с потоками теплого воздуха подымаются вверх.

- Откуда в грозовых облаках берётся электрический заряд?


- Нагретый и увлажненный слой воздуха у земной поверхности становится легче воздуха в вышерасположенных слоях и стремится подняться вверх. В каком-либо месте он пробивает себе путь наверх и устремляется в это окно. Как только окно появилось, весь нагретый и увлажненный воздух с большой площади земной поверхности уходит через это окно вверх, образуя облако вертикального развития или грозовое облако. Но вместе с этим воздухом в грозовое облако поднимаются и все отрицательные заряды, прикрепленные к молекулам водяного пара. Образуется огромный пузырь из теплого и влажного воздуха, заряженного отрицательным электричеством. Именно этот заряженный воздушный пузырь является тем высоковольтным генератором электричества, который питает молнии.

- Почему в средних широтах грозы начинаются поздней весной (в мае) и заканчиваются осенью?
- Для накопления достаточно большого заряда в облаках необходимо, что бы воздух был достаточно сух (низкой относительной влажностью), что возможно в теплую погоду и после длительного периода без дождей. И, самое главное, только при большом перепаде температуры в атмосфере (в нижних слоях атмосферы тепло, а в верхних холодно) создаются условия для возникновения конвективных восходящих потоков теплого воздуха и нисходящих потоков холодного воздуха, что приводит, в результате их трения, к электризации капелек и кристалликов льда в грозовой туче.

Пылинки, подвешенные в воздухе, прилипают к каплям дождя и оседают на землю. Становится прохладнее, воздух очищается, становится легче дышать. Поэтому, лучше подождать несколько минут, прежде чем гулять под дождём. 🙂

mitlas.livejournal.com

Ответы@Mail.Ru: откуда берутся молнии

Природа молний была разгадана еще в 1749 году американским естествоиспытателем Бенджаменом Франклином, который установил, что молнии - это электрические разряды между грозовым облаком и землей. До сих пор ученые полагали, что при накоплении отрицательных зарядов в облаке между ним и поверхностью возникает электрическое поле, и когда оно достигает определенной пороговой энергии, возникает "пробой" и происходит электрический разряд - молния.

Молния представляет собой электрический разряд длиной в несколько километров, развивающийся между грозовым облаком и землей или каким-либо наземным сооружением.

Существуют следующие типы молний:

Нисходящие, класса «облако-земля» (от облака к земле) ;
Восходящие, класса «земля-облако» (от высоких заземленных объектов к облаку) ;
Класса «облако-облако» (между облаками) .

По заряду молнии бывают:

Отрицательно заряженные
Положительно заряженные

В северных широтах 90% молний являются отрицательно заряженными.

Для развития грозы необходимо возникновение в атмосфере особых условий, приводящих к образованию грозовой облачности. Поднимаясь на большую высоту и охлаждаясь в более низкой температуре верхних слоев атмосферы, водяные пары превращаются в капельки воды или кристаллы льда, образуют облака. Поднимаясь выше, облака охлаждаются, и под воздействием холода капли воды укрупняются и выпадают из облака в виде дождя. Падая на землю, капли дождя соприкасаются с поднимающимся потоком воздуха, что приводит к появлению на них электрического заряда.

Электрические заряды противоположных знаков стремятся соединиться друг с другом. При этом отдельные части облака, а также облако и земля начинают взаимодействовать друг с другом. Создается электрическое поле, под воздействием которого свободные электроны, находящиеся в воздухе, приобретают значительную скорость и устремляются к земле. Сталкиваясь с атомами воздуха, электроны в свою очередь разбивают их на положительные ионы и электроны образуя «лавину» .

Движение этой лавины создает электрический ток, который, нагревая воздух, увеличивает его проводимость. Когда «лавина» достигает земли, за сотую долю секунды образуется канал для разряда молнии, по которому начинает интенсивно протекать электрический ток. Происходит соединение отрицательного заряда облака через канал молнии с положительным электрическим зарядом земной поверхности. Возникает электрический разряд огромной мощности – молния.

Температура канала молнии может достигать температуры 25 000 - 30 000 оС поэтому в месте удара молнии возникает локальный перегрев поверхности который может привести к возгоранию материала кровли или утеплителя, в худшем случае вызвать воспламенение горючих газов и паров.

otvet.mail.ru

Потенциал электрического поля атмосферы Земли

Природное электрическое поле Земли

Небесное тело, именуемое планета Земля, имеет электрический заряд, который создает естественное электрическое поле Земли. Одна из характеристик электрического поля — это потенциал, и электрическое поле Земли также характеризуется потенциалом. Также можно сказать, что кроме естественного электрического поля имеется и естественный постоянный электрический ток (DC) планеты Земля. Градиент потенциала Земли распределяется от ее поверхности до ионосферы. В хорошую для статического электричества погоду электрическое поле атмосферы составляет приблизительно 150 вольт на метр (В/м) вблизи поверхности Земли, но эта величина падает экспоненциально с увеличением высоты до 1 В/м и меньше (на высоте 30 км). Причиной снижения градиента является в том числе и рост проводимости атмосферы.

Если надеть одежду из хорошего изолятора, являющегося отличным диэлектриком, например одежда из нейлона, а обувь использовать исключительно резиновую, при этом не иметь на поверхности одежды никаких металлических предметов, тогда между поверхностью земли и макушкой головы можно померить разность потенциалов. Так как каждый метр составляет 150 Вольт, то при росте 170 см, на макушке будет относительно поверхности разность потенциалов в 1,7x150=255 Вольт. Если на голову надеть металлическую кастрюлю, то на ней соберется поверхностный заряд. Причина такого собирания заряда в том, что одежда из нейлона является хорошим изолятором, а обувь резиновая. Заземление, то есть проводящий контакт с поверхностью земли отсутствует. Для того, чтобы не накапливать на себе электрические заряды, необходимо «заземляться». Точно также предметы, вещи, здания и сооружения, особенно высотные, способны накапливать атмосферное электричество. Это может привести к неприятным последствиям, так как любой накопленный заряд может стать причиной электрического тока и искрового пробоя в газах. Такие электростатические разряды могут вывести из строя электронику и быть причиной пожаров, особенно для легковоспламеняющихся веществ.

Чтобы не копить заряды атмосферного электричества достаточно соединить верхнюю точку с нижней (земля) электрическим проводником, а если площадь является большой, то заземление выполняют в виде клетки, контура, но, по сути, используют то, что именуется «клетка Фарадея».

Характеристики атмосферного электричества

Земля заряжена отрицательно, и имеет заряд равный 500000 Кулонам (Кл) электрического заряда. Разность потенциалов составляет величину от 300000 Вольт (300 кВ), если рассматривать напряжение между положительно заряженной ионосферой и поверхностью Земли. Также существует постоянный ток электричества, величиной порядка 1350 Ампер (А), и сопротивление атмосферы Земли составляет около 220 Ом. Это дает выходную мощность приблизительно 400 мегаватт (МВт), которая регенерируется деятельностью Солнца. Эта мощность влияет на ионосферу Земли, а также на более низкие слои, что вызывает грозы. Электрическая энергия, которая хранится и запасается в земной атмосфере составляет около 150 гигаджоулей (ГДж).

Система «Земля-Ионосфера» действует как гигантский конденсатор, емкость которого составляет 1,8 Фарад. Учитывая громадный размер площади поверхности Земли, на 1 квадратный метр поверхности приходится всего лишь 1 нКл электрического заряда.

Электросфера Земли

Электросфера Земли простирается от уровня моря на высоту около 60 км. В верхних слоях, там где много свободных ионов и эта часть сферы называется ионосферой, проводимость максимальная, так как есть свободные носители зарядов. Потенциал в ионосфере можно сказать выровнен, так как эта сфера по сути считается проводником электрического тока, в ней существуют токи в газах и ток переноса. Источником свободных ионов является радиоактивность Солнца. Поток заряженных частиц, идущих от Солнца и из космоса «выбивает» электроны из молекул газа, что приводит к ионизации. Чем выше от поверхности моря, тем меньше проводимость атмосферы. У поверхности моря электропроводность воздуха составляет порядка 10-14 Сименс/м (См/м), но она быстро растет по мере увеличения высоты, и на высоте 35 км составляет уже 10-11 См/м. На такой высоте плотность воздуха составляет всего 1% от той, что у поверхности моря. Дальше, с ростом высоты проводимость меняется неоднородно, потому как оказывает влияние магнитное поле Земли и потоки фотонов от Солнца. Это значит, что проводимость электросферы выше 35 км от уровня моря неоднородна, зависит от времени суток (поток фотонов) и от географического места (магнитное поле Земли).

Для того, чтобы произошел электрический пробой между двумя плоскими параллельными электродами (расстояние между которыми 1 метр), которые находятся на уровне поверхности моря, при сухом воздухе, необходима напряженность поля в размере 3000 кВ/м. Если же эти электроды поднять на высоту 10 км от уровня моря, то потребуется всего лишь 3% от такой напряженности, то есть достаточно 90 кВ/м. Если же электроды сблизить так, что расстояние между ними будет 1 мм, тогда потребуется в 1000 раз меньшее напряжение для пробоя, то есть 3 кВ (уровень моря) и 9 В (на высоте 10 км).

Естественная величина напряженности электрического поля Земли у ее поверхности (уровень моря) составляет порядка 150 В/м, что гораздо меньше значений необходимых для пробоя между электродами даже в промежутке 1 мм (требуется 3 кВ/м).

Откуда берется потенциал электрического поля Земли?

Как было уже выше сказано, Земля представляет собой конденсатор, одна обкладка которого поверхность Земли, а другая обкладка суперконденсатора — это область ионосферы. На поверхности Земли заряд отрицательный, а за ионосферой — положительный. Также как и поверхность Земли, ионосфера также является проводником, а слой атмосферы между ними представляет собой неоднородный газовый диэлектрик. Положительный заряд ионосферы образуется за счет космического излучения, но что же заряжает поверхность Земли отрицательным зарядом?

Для наглядности необходимо вспомнить, как заряжается обычный электротехнический конденсатор. Его включают в электрическую цепь к источнику тока, и он заряжается до максимального значения напряжения на обкладках. Для такого конденсатора как Земля, происходит нечто подобное. Точно также должен включатся некий источник, протекать ток, и на обкладках образуются разноименные заряды. Вспомните про молнии, которые обычно сопровождаются грозами. Эти молнии и есть та самая электрическая цепь, которая заряжает Землю.

Именно молнии, бьющие на поверхность, Земли являются тем источником, которые заряжают поверхность Земли отрицательным зарядом. Молния имеет ток порядка 1800 Ампер, а количество гроз и молний за сутки более 300. Грозовое облако имеет полярность. Верхняя ее часть на высоте примерно 6-7 км при температуре воздуха около -20°С заряжена положительно, а нижняя часть на высоте 3-4 км при температуре воздуха от 0° до -10°С отрицательно. Заряда нижней части грозового облака хватает, чтобы создать разность потенциалов с поверхностью Земли в 20-100 миллионов вольт. Заряд молнии обычно составляет порядка 20-30 Кулон (Кл) электричества. Молнии бьют разрядами между тучами и между тучами и поверхностью Земли. Для каждой перезарядки требуется около 5 секунд, поэтому с такой очередностью могут идти разряды молний, но это еще не значит, что через 5 секунд обязательно произойдет разряд.

Молнии

Атмосферный разряд в виде молнии имеет довольно сложную структуру. Во всяком случае — это явление электрического тока в газах, которое происходит при достижении необходимых условий для газового пробоя, то есть ионизации молекул воздуха. Самое любопытное, что атмосфера Земли действует как непрерывная динамомашина, которая заряжает поверхность Земли отрицательно. Каждый разряд молнии бьет при условии, что поверхность Земли лишена отрицательных зарядов, что обеспечивает необходимую разность потенциала для разряда (газовой ионизации).

Как только молния ударяет в землю, отрицательный заряд перетекает на поверхность, но после этого нижняя часть грозового облака оказывается разряженной и ее потенциал меняется, он становится положительным. Далее происходит обратный ток и избыток заряда, попавший на поверхность Земли, движется вверх, заряжая грозовую тучу вновь. После этого процесс может повториться снова, но с меньшими значениями электрического напряжения и тока. Так происходит до тех пор, пока существуют условия для ионизации газов, необходимая разность потенциалов и избыток отрицательного электрического заряда.

Подытожив можно сказать, что молния бьет ступенчато, тем самым создавая электрическую цепь по которой течет ток в газах, чередуясь по направлению. Каждая перезарядка молнии длится около 5 секунд и бьет, только когда для этого существуют необходимые условия (пробойное напряжение и ионизация газов). Напряжение между началом и концом молнии может составлять порядка 100 млн. Вольт, а средняя величина тока около 1800 Ампер. Величина тока в пике достигает более 10000 Ампер, а переносимый заряд равен 20-30 Кулонам электричества.

Дата: 10.05.2015

© Valentin Grigoryev (Валентин Григорьев)

electricity-automation.com

это природное явление. Развитие, классификация, активность грозы

Гроза — что это? Откуда берутся рассекающие все небо молнии и грозные раскаты грома? Гроза — это природное явление. Молнии, называемые электрическими разрядами, могут образовываться внутри туч (кучево-дождевых), либо между земной поверхностью и облаками. Они, как правило, сопровождаются громом. Молнии связаны с ливневыми дождями, шквальным ветром, а нередко и с градом.

Активность

Гроза — это одно из опаснейших природных явлений. Люди, пораженные молнией, выживают лишь в единичных случаях.

Одновременно на планете действует примерно 1500 гроз. Интенсивность разрядов оценивают в сотню молний в секунду.

Распределение гроз на Земле неравномерное. К примеру, над континентами их в 10 раз больше, чем над океаном. Большая часть (78%) молниевых разрядов сосредоточена в экваториальной и тропической зонах. Особенно часто фиксируется гроза в Центральной Африке. А вот полярные районы (Антарктика, Арктика) и полюсы молний практически не видят. Интенсивность грозы, оказывается, связана с небесным светилом. В средних широтах пик ее приходится на послеполуденные (дневные) часы, на лето. А вот минимум зарегистрирован перед восходом. Важны и географические особенности. Наиболее мощные грозовые центры находятся в Кордильерах и Гималаях (горные районы). Различно годовое количество «грозовых дней» и в России. В Мурманске, например, их всего лишь четыре, в Архангельске — пятнадцать, Калининграде — восемнадцать, Питере — 16, в Москве — 24, Брянске — 28, Воронеже — 26, Ростове — 31, Сочи — 50, Самаре — 25, Казани и Екатеринбурге — 28, Уфе — 31, Новосибирске — 20, Барнауле — 32, Чите — 27, Иркутске и Якутске — 12, Благовещенске — 28, Владивостоке — 13, Хабаровске — 25, Южно-Сахалинске — 7, Петропавловске-Камчатском — 1.

Развитие грозы

Как оно проходит? Грозовое облако образуется только при определенных условиях. Обязательно наличие восходящих потоков влаги, при этом должно быть наличие структуры, где одна доля частиц находится в ледяном состоянии, другая — в жидком. Конвекция, которая приведет к развитию грозы, возникнет в нескольких случаях.

  1. Неравномерное нагревание приземных слоев. К примеру, над водой при существенной разнице температур. Над большими городами грозовая интенсивность будет несколько сильнее, чем в окрестностях.

  2. При вытеснении холодным воздухом теплого. Фронтальная конвенция часто развивается одновременно с обложными и слоисто-дождевыми тучами (облаками).

  3. При подъемах воздуха в горных массивах. Даже малые возвышенности могут привести к усилению образований облаков. Это вынужденная конвекция.

Любое грозовое облако, независимо от его типа, обязательно проходит три стадии: кучевую, зрелости, стадию распада.

Классификация

Грозы какое-то время классифицировались только в месте наблюдения. Они разделялись, например, на орфографические, локальные, фронтальные. Сейчас грозы классифицируют по характеристикам, зависящим от тех метеорологических окружений, в которых они развиваются. Восходящие потоки формируются из-за неустойчивости атмосферы. Для создания грозовых облаков это является основным условием. Очень важны характеристики таких потоков. В зависимости от их мощности и величины формируются, соответственно, различные типы грозовых облаков. Как они подразделяются?

1. Кучево-дождевые одноячейковые, (локальные или внутримассовые). Имеют градовую или грозовую активность. Поперечные размеры от 5 до 20 км, вертикальные — от 8 до 12 км. «Живет» такое облако до часа. После грозы погода практически не меняется.

2. Многоячейковые кластерные. Здесь масштабы более внушительны — до 1000 км. Многоячейковый кластер охватывает группу грозовых ячеек, находящихся на различных стадиях формирования и развития и в то же время составляющих одно целое. Как они устроены? Зрелые грозовые ячейки располагаются в центре, распадающиеся — с подветренной стороны. Поперечные их размеры могут достигать 40 км. Кластерные многоячейковые грозы «дают» порывы ветра (шквальные, но не сильные), ливень, град. Существование одной зрелой ячейки ограничивается получасом, а вот сам кластер может «жить» несколько часов.

3. Линии шквалов. Это также многоячейковые грозы. Их называют еще линейными. Они могут быть как сплошными, так и с брешами. Порывы ветра здесь более продолжительны (на переднем фронте). Многоячейковая линия при приближении кажется темной стеной облаков. Число потоков (как восходящих, так и нисходящих) здесь довольно велико. Именно поэтому такой комплекс гроз классифицируется, как многоячеечный, хотя грозовая структура иная. Линия шквала способна дать интенсивный ливень и крупный град, однако чаще «ограничивается» сильными снисходящими потоками. Зачастую она проходит перед холодным фронтом. На снимках такая система имеет форму изогнутого лука.

4. Суперячейковые грозы. Встречаются такие грозы редко. Они особенно опасны для имущества и жизни человека. Облако этой системы схоже с одноячейковым, поскольку оба отличаются одной зоной восходящего потока. Зато размеры у них разные. Суперячейковое облако - огромно — близко 50 км в радиусе, высота — до 15 км. Границы его могут находиться в стратосфере. Форма напоминает единую полукруглую наковальню. Скорость восходящих потоков гораздо выше (до 60 м/с). Характерная особенность — наличие вращения. Именно оно создает опасные, экстремальные явления (крупный град (боле 5 см), разрушительные смерчи). Основным фактором для образования такого облака являются окружающие условия. Речь идет об очень сильной конвенции с температурой от +27 и ветре с переменным направлением. Такие условия возникают при сдвигах ветра в тропосфере. Образующиеся в восходящих потоках, осадки переносятся в зону нисходящих, что обеспечивает длительную жизнь облаку. Осадки распределяются неравномерно. Ливни идут близ восходящего потока, а град — ближе к северо-востоку. Задняя часть грозы может сместиться. Тогда наиболее опасной зоной будет рядом с основным восходящим потоком.

Существует еще понятие "сухая гроза". Это явление довольно редкое, характерное для муссонов. При такой грозе отсутствуют осадки (просто не долетают, испаряясь в результате воздействия высокой температуры).

Скорость передвижения

У изолированной грозы она составляет примерно 20 км/ч, иногда быстрее. Если холодные фронты активны, скорость может составлять 80 км/ч. У многих гроз старые грозовые ячейки заменяются новыми. Каждая из них проходит относительно небольшой путь (порядка двух километров), однако в совокупности расстояние увеличивается.

Механизм электризации

Откуда берутся сами молнии? Электрические заряды вокруг облаков и внутри них постоянно движутся. Процесс этот довольно сложен. Проще всего представить картину работы электрических зарядов в зрелых облаках. Доминирует в них дипольная положительная структура. Как она распределяется? Положительный заряд размещается вверху, а отрицательный — под ним, внутри облака. Согласно основной гипотезы (эту область науки можно пока считать малоизведанной), более тяжелые и крупные частички заряжаются отрицательно, а мелкие и легкие имеют положительный заряд. Первые падают быстрее, чем вторые. Это становится причиной пространственного разделения объемных зарядов. Такой механизм подтверждается лабораторными экспериментами. Обладать сильной передачей заряда могут частички ледяной крупы или града. Величина и знак будут зависеть от водности облака, температуры воздуха (окружающего), скорости столкновения (основные факторы). Не исключается воздействие других механизмов. Разряды происходят между землей и облаком (или нейтральной атмосферой, или ионосферой). Именно в этот момент мы наблюдаем рассекающие небо вспышки. Или молнии. Процесс этот сопровождается громкими раскатами (громом).

Гроза — это сложный процесс. На его изучение могут уйти долгие десятилетия, а возможно, даже столетия.

fb.ru

Откуда берется электрический заряд — доклад

 

 Много веков назад люди открыли особые свойства янтаря: при трении в нем возникает электрический заряд. В наши дни с помощью электричества мы имеем возможность смотреть телевизор, переговариваться с людьми на другом конце света, а также получать свет и тепло, лишь повернув для этого выключатель. Опыты с янтарем, то есть смолой хвойных деревьев, окаменевшей естественным образом, проводились еще древними греками.   Они обнаружили, что если янтарь потереть, то он притягивает ворсинки шерсти, перья и пыль. Если сильно потереть, к примеру, пластмассовую расческу о волосы, то к ней начнут прилипать кусочки бумаги. А если потереть о рукав воздушный шарик, то он прилипнет к стене. При трении янтаря, пластмассы и ряда других материалов в них возникает электрический заряд. Само слово "электрический" происходит от латинского слова electrum, означающего "янтарь".

 Вспышка молнии - одно  из самых зрелищных проявлении  электрического заряда, Молния возникает  и результате большого скопления  электрических зарядов и облаках, В середине XVIII века один из первых исследователей атмосферного электричества американский ученый Бенджамин Франклин провел очень опасный эксперимент, запустив в грозовое небо воздушного змея. Он хотел доказать, что молния - результат того же электрического заряда, что возникает при трении предметов друг о друга,

 Если имеющие электрический  заряд объекты притягивают и  удерживают только очень легкие  предметы, то магнит может удержать  довольно тяжелые куски железа. По-этому издревле магниты применялись  с пользой, например, в компасах.

 

Откуда  берется электрический заряд?

 

 Все атомы окружены  облаком электронов, которые несут  отрицательный  (-) электрический  заряд. Электроны движутся вокруг  ядра. Ядро обладает таким же  суммарным зарядом, как и все  его электроны, но это заряд положительный (+) . Обычно положительный и отрицательный заряды уравновешивают друг друга, и атом является электрически нейтральным.  Но у некоторых веществ часть внешних электронов имеет довольно непрочные связи с их атомами. И если потереть два предмета друг о друга, то такие электроны могут освободиться и перекочевать на  другой предмет. В результате этого перемещения у одного предмета электронов становится больше, чем должно быть, и он приобретает отрицательный (-) заряд. У второго предмета электронов становится меньше, так что он приобретает положительный  (+) заряд. Заряды, формирующиеся подобным образом, называют иногда «электричеством трения», Какой из предметов приобретет положительный или отрицательный заряд, зависит от относительной легкости, с какой электроны передвигаются в поверхностных слоях двух предметов.

 Если натереть шерстяной  тряпкой полиэтиленовую леску,  то она получит отрицательный  заряд, а если натереть органическое  стекло, то оно получит положительный  заряд. В любом случае тряпка получит заряд, противоположный заряду натертого материала.

 Электрические заряды  влияют друг на друга. Положительный  и отрицательный заряды притягиваются  друг к другу, а два отрицательных  или два положительных заряда  отталкиваются друг от друга. Если поднести к предмету отрицательно  заряженную леску, отрицательные заряды предмета переместятся на другой его конец, а положительные заряды, наоборот, переместятся поближе к леске. Положительные и отрицательные заряды лески и предмета притянут друг друга, и предмет прилипнет к леске. Этот процесс называется электростатической индукцией, и о предмете говорят, что он попадает в электростатическое поле лески.

 Майкл  Фарадей  доказал, что, электричество трения  и электрический ток - одно  и то же. Он также доказал, что электрическое поле не может существовать внутри металлической клетки (теперь называемой клеткой Фарадея).

 

 


referat911.ru

Откуда берутся гром и молния? :: ashanet.ru

Вот еще недавно чистое, ясное небо затянули облака. Упали первые капли дождя. А в скором времени стихия продемонстрировала земле свою силу. Гром и молния пронзили грозовое небо. Откуда приходят подобные явления? Человечество множество веков видело в них проявление божественной силы. Сегодня мы знаем о возникновении таких явлений.

Происхождение грозовых туч

Облака появляются в небе из конденсата, поднимающегося высоко над землей, и парят в небе. Тучи же более тяжелые и большие. Они приносят с собой все "спецэффекты", присущие непогоде.

Грозовые облака отличаются от обычных наличием заряда электричества. Причем есть тучи с положительным зарядом, а есть с отрицательным.

Чтобы понять, откуда берутся гром и молния, следует подняться выше над землей. В небе, где нет препятствий для вольного полета, дуют ветра сильнее, чем на земле. Именно они провоцируют заряд в облаках.

Происхождение грома и молнии может объяснить всего одна капля воды. Она имеет положительный заряд электричества в центре и отрицательный снаружи. Ветер разбивает ее на части. Одна из них остается с отрицательным зарядом и имеет меньший вес. Более тяжелые положительно заряженные капли образуют такие же тучи.

Дождь и электричество

До того как в грозовом небе появятся гром и молния, ветер разделяет облака на положительно и отрицательно заряженные. Дождь, падающий на землю, уносит часть этого электричества с собой. Между тучей и поверхностью земли образовывается притяжение.

Отрицательный заряд тучи будет притягивать положительный на земле. Это притяжение будет располагаться равномерно на всех поверхностях, находящихся на возвышенности, и проводящих ток.

И вот дождь создает все условия для появления грома и молнии. Чем выше предмет к туче, тем легче молнии пробиться к нему.

Происхождение молнии

Погода подготовила все условия, которые помогут появиться всем ее эффектам. Она создала тучи, откуда берутся гром и молния.

Заряженная отрицательным электричеством крыша притягивает к себе положительный заряд наиболее возвышенного предмета. Его отрицательное электричество уйдет в землю.

Обе эти противоположности стремятся притянуться друг к другу. Чем больше в туче электричества, тем больше его и в самом возвышенном предмете.

Накапливаясь в туче, электричество может прорвать слой воздуха, находящийся между ней и предметом, и появится сверкающая молния, прогремит гром.

Как развивается молния

Когда бушует гроза, молния, гром сопровождают ее беспрестанно. Чаще всего искра происходит из отрицательно заряженной тучи. Она развивается постепенно.

Сначала из тучи по каналу, направленному к земле, течет небольшой поток электронов. В этом месте тучи скапливаются электроны, двигающиеся с большой скоростью. Благодаря этому электроны сталкиваются с атомами воздуха и разбивают их. Получаются отдельные ядра, а также электроны. Последние также устремляются к земле. Пока они движутся по каналу, все первичные и вторичные электроны снова расщепляют стоящие у них на пути атомы воздуха на ядра и электроны.

Весь процесс похож на лавину. Он двигается по нарастающей. Воздух разогревается, его проводимость увеличивается.

Все сильнее электричество из тучи стекается к земле со скоростью 100 км/с. В этот момент молния пробивает себе канал к земле. По этой дороге, проложенной лидером, электричество начинает течь еще быстрее. Происходит разряд, имеющий огромную силу. Достигая своего пика, разряд уменьшается. Канал, разогретый таким мощным током, светится. И в небе становится видно молнию. Протекает такой разряд недолго.

После первого разряда часто следует второй по проложенному каналу.

Как появляется гром

Гром, молния, дождь неразлучны при грозе.

Гром возникает по следующей причине. Ток в канале молнии образуется очень быстро. Воздух при этом очень нагревается. От этого он расширяется.

Это происходит так быстро, что напоминает взрыв. Такой толчок сильно сотрясает воздух. Эти колебания и приводят к появлению громкого звука. Вот откуда берутся молния и гром.

Как только электричество из тучи достигнет земли и исчезнет из канала, он очень быстро охлаждается. Сжатие воздуха также приводит к раскатам грома.

Чем больше молний прошло по каналу (их может быть до 50 штук), тем продолжительнее сотрясения воздуха. Этот звук отражается от предметов и туч, и происходит эхо.

Почему есть интервал между молнией и громом

В грозу за появлением молнии следует гром. Опоздание его от молнии происходит из-за разных скоростей их движения. Звук движется с относительно небольшой скоростью (330 м/с). Это всего в 1,5 раза быстрее движения современного "Боинга". Скорость света гораздо больше скорости звука.

Благодаря такому интервалу можно определить, как далеко от наблюдателя находятся сверкающие молнии и гром.

Например, если между молнией и громом прошло 5 с, это значит, что звук прошел 330 м 5 раз. Путем умножения легко посчитать, что молнии от наблюдателя были на расстоянии 1650 м. Если гроза проходит ближе, чем 3 км от человека, она считается близкой. Если расстояние в соответствии с появлением молнии и грома дальше, то и гроза дальняя.

Молния в цифрах

Гром и молния были изменены учеными, и результаты их исследований представлены общественности.

Было установлено, что разница потенциалов, предшествующих молнии, достигает миллиардов вольт. Сила тока при этом в момент разряда достигает 100 тыс. А.

Температура в канале разогревается до 30 тыс. градусов и превышает температуру на поверхности Солнца. От облаков до земли молния проходит со скоростью 1000 км/с (за 0,002 с).

Внутренний канал, по которому течет ток, не превышает 1 см, хотя видимый достигает 1 м.

В мире непрерывно происходит около 1800 гроз. Вероятность быть убитым молнией составляет 1:2000000 (такая же, как умереть при падении с кровати). Вероятность увидеть шаровую молнию равна 1 к 10000.

Шаровая молния

На пути изучения того, откуда гром и молния происходят в природе, самым загадочным явлением выступает шаровая молния. Эти круглые огненные разряды до конца еще не изучены.

Чаще всего форма такой молнии напоминает грушу или арбуз. Она существует до нескольких минут. Появляется в конце грозы в виде красных сгустков от 10 до 20 см в поперечнике. Наибольшая шаровая молния, сфотографированная однажды, была около 10 м в диаметре. Она издает жужжащий, шипящий звук.

Исчезнуть может тихо или с небольшим треском, оставляя запах гари и дымок.

Движение молнии не зависит от ветра. Их тянет в закрытые помещения через окна, двери и даже щели. Если соприкасаются с человеком, оставляют сильные ожоги и могут привести к летальному исходу.

До сих пор причины появления шаровой молнии были неизвестны. Однако это не является свидетельством ее мистического происхождения. В этой области ведутся исследования, которые смогут объяснить сущность такого явления.

Ознакомившись с такими явлениями, как гром и молния, можно понять механизм их возникновения. Это последовательный и довольно сложный физико-химический процесс. Он представляет собой одно из самых интересных явлений природы, которое встречается повсеместно и потому затрагивает практически каждого человека на планете. Ученые разгадали загадки практически всех видов молний и даже измеряли их. Шаровая молния на сегодняшний день выступает единственной нераскрытой тайной природы в области образования подобных явлений природы.

ashanet.ru