رعد و برق چیست؟ چگونه شکل می گیرد و این پدیده طبیعی از کجا می آید. فیزیک اتمسفر: چگونه، چرا و از کجا رعد و برق می آید

رعد و برق یک تخلیه جرقه الکتریکی غول‌پیکر در جو است که معمولاً در هنگام رعد و برق رخ می‌دهد که با فلش نور درخشان و رعد و برق همراه با آن ظاهر می‌شود. رعد و برق در زهره، مشتری، زحل و اورانوس و غیره نیز ثبت شده است. جریان تخلیه رعد و برق به 10-100 هزار آمپر می رسد، ولتاژ آن از ده ها میلیون تا میلیاردها ولت است، با این حال، تنها 47.3٪ پس از برخورد رعد و برق می میرند. یک شخص از مردم

داستان:
ماهیت الکتریکی رعد و برق در تحقیقات آشکار شده است فیزیکدان آمریکاییب. فرانکلین که بر اساس ایده او آزمایشی برای استخراج الکتریسیته از یک ابر رعد و برق انجام شد. تجربه فرانکلین در توضیح ماهیت الکتریکی رعد و برق به طور گسترده ای شناخته شده است. در سال 1750، او اثری را منتشر کرد که در آن آزمایشی را با استفاده از بادبادکی که در یک طوفان رعد و برق پرتاب می شد، توصیف کرد. تجربه فرانکلین در کار جوزف پریستلی شرح داده شد.

خواص فیزیکی رعد و برق:

طول متوسط ​​رعد و برق 2.5 کیلومتر است، برخی تخلیه ها در جو تا فاصله 20 کیلومتری گسترش می یابد.

تشکیل رعد و برق:
اغلب، رعد و برق در ابرهای کومولونیمبوس رخ می دهد، سپس آنها را ابرهای رعد و برق می نامند. گاهی اوقات رعد و برق در ابرهای نیمبوستراتوس و همچنین در هنگام فوران های آتشفشانی، گردبادها و طوفان های گرد و غبار تشکیل می شود.

رعد و برق های خطی معمولاً مشاهده می شوند که متعلق به تخلیه های به اصطلاح بدون الکترود هستند، زیرا در دسته هایی از ذرات باردار شروع می شوند (و پایان می یابند). این امر برخی از خواص هنوز توضیح ناپذیر آنها را تعیین می کند که صاعقه را از تخلیه بین الکترودها متمایز می کند. بنابراین، صاعقه کوتاهتر از چند صد متر نیست. آنها در میدان های الکتریکی بسیار ضعیف تر از میدان های هنگام تخلیه بین الکترودها ایجاد می شوند. مجموعه بارهای حمل شده توسط رعد و برق در هزارم ثانیه از میلیاردها ذره کوچک جدا شده از یکدیگر در حجم چند کیلومتری اتفاق می افتد؟ روند توسعه رعد و برق در ابرهای رعد و برق بیشترین مطالعه را دارد، در حالی که رعد و برق می تواند در خود ابرها - رعد و برق درون ابری - عبور کند و می تواند به زمین - رعد و برق زمین برخورد کند. برای وقوع رعد و برق، لازم است که در حجم نسبتاً کوچک (اما نه کمتر از یک مقدار بحرانی معین) ابر، میدان الکتریکی(به الکتریسیته اتمسفر مراجعه کنید) با قدرت کافی برای شروع تخلیه الکتریکی (~ 1 MV / m) و در بخش قابل توجهی از ابر میدانی با قدرت متوسط ​​کافی برای حفظ تخلیه شروع شده کافی وجود دارد (~ 0.1 -0.2 MV / m). در رعد و برق انرژی الکتریکیابرها به گرما، نور و صدا تبدیل می شوند.

رعد و برق زمینی:
فرآیند توسعه رعد و برق زمینی شامل چندین مرحله است. در مرحله اول، در منطقه ای که میدان الکتریکی به آن می رسد بحرانییونیزاسیون ضربه ای شروع می شود که در ابتدا توسط بارهای آزاد ایجاد می شود که همیشه به مقدار کمی در هوا وجود دارد که تحت تأثیر میدان الکتریکی سرعت قابل توجهی به سمت زمین پیدا می کند و در برخورد با مولکول های سازنده هوا یونیزه می شود. آنها

بر اساس مفاهیم مدرن تر، یونیزاسیون جو برای عبور تخلیه تحت تأثیر تابش کیهانی پرانرژی رخ می دهد - ذرات با انرژی 1012-1015 eV، که یک دوش هوای گسترده (EAS) را با کاهش در تشکیل می دهند. ولتاژ شکست هوا با مرتبه بزرگی از ولتاژ شکست در شرایط عادی.

طبق یک فرضیه، ذرات فرآیندی به نام شکست فراری را آغاز می کنند («محرک» این فرآیند در این مورد پرتوهای کیهانی هستند). بنابراین، بهمن‌های الکترونی به وجود می‌آیند و به رشته‌هایی از تخلیه الکتریکی تبدیل می‌شوند - جریان‌ها، که کانال‌هایی با رسانایی خوب هستند، که با ادغام، یک کانال یونیزه حرارتی درخشان با رسانایی بالا ایجاد می‌کنند - یک رهبر رعد و برق پلکانی.

حرکت لیدر به سطح زمین در مراحل چند ده متری با سرعت ~ 50000 کیلومتر در ثانیه اتفاق می افتد، پس از آن حرکت آن برای چند ده میکرو ثانیه متوقف می شود و درخشش بسیار ضعیف می شود. سپس، در مرحله بعدی، رهبر دوباره چندین ده متر پیشروی می کند. در عین حال، یک درخشش روشن تمام مراحل گذرانده شده را می پوشاند. سپس یک توقف و تضعیف درخشش دوباره دنبال می شود. این فرآیندها زمانی تکرار می شوند که رهبر با سرعت متوسط ​​200000 متر بر ثانیه به سطح زمین حرکت کند.

همانطور که لیدر به سمت زمین حرکت می کند، قدرت میدان در انتهای آن افزایش می یابد و تحت عمل آن یک جریان دهنده پاسخ از اجسام بیرون زده در سطح زمین به بیرون پرتاب می شود و با لیدر ارتباط برقرار می کند. از این ویژگی صاعقه برای ایجاد صاعقه گیر استفاده می شود.

در مرحله نهایی، کانال یونیزه شده توسط لیدر با تخلیه رعد و برق معکوس (از پایین به بالا) یا اصلی دنبال می شود که با جریان هایی از ده ها تا صدها هزار آمپر مشخص می شود، روشنایی به طور قابل توجهی بیشتر از روشنایی لیدر است. و سرعت پیشروی بالا که در ابتدا به 100000 کیلومتر در ثانیه می رسید و در پایان به 10000 کیلومتر در ثانیه کاهش می یابد. دمای کانال در هنگام تخلیه اصلی می تواند از 20000-30000 درجه سانتیگراد تجاوز کند. طول کانال رعد و برق می تواند از 1 تا 10 کیلومتر باشد، قطر آن چندین سانتی متر است. پس از عبور پالس جریان، یونیزاسیون کانال و درخشش آن ضعیف می شود. در مرحله نهایی، جریان صاعقه می تواند صدم و حتی دهم ثانیه طول بکشد و به صدها و هزاران آمپر برسد. چنین رعد و برقی طولانی نامیده می شود، آنها اغلب باعث آتش سوزی می شوند. اما زمین باردار نیست، بنابراین به طور کلی پذیرفته شده است که تخلیه رعد و برق از ابر به سمت زمین (از بالا به پایین) می آید.

تخلیه اصلی اغلب تنها بخشی از ابر را تخلیه می کند. بارهایی که در ارتفاعات بالا قرار می گیرند می توانند باعث ایجاد یک رهبر جدید (فلش مانند) شوند که به طور مداوم با سرعت هزاران کیلومتر در ثانیه حرکت می کند. روشنایی درخشش آن به روشنایی رهبر پله‌دار نزدیک است. هنگامی که رهبر جاروب شده به سطح زمین می رسد، ضربه اصلی دوم مشابه ضربه اول به دنبال دارد. رعد و برق معمولاً شامل چندین تخلیه مکرر است، اما تعداد آنها می تواند به چندین ده برسد. مدت زمان رعد و برق های متعدد می تواند بیش از 1 ثانیه باشد. جابجایی کانال رعد و برق های متعدد توسط باد، به اصطلاح رعد و برق نواری را ایجاد می کند - یک نوار نورانی.

رعد و برق درون ابری:
رعد و برق درون ابری معمولاً فقط شامل مراحل رهبر است. طول آنها از 1 تا 150 کیلومتر متغیر است. سهم رعد و برق درون ابر با جابجایی به استوا افزایش می یابد و از 0.5 در عرض های جغرافیایی معتدل به 0.9 در نوار استوایی تغییر می کند. عبور رعد و برق با تغییرات میدان های الکتریکی و مغناطیسی و انتشار رادیویی، به اصطلاح جوی همراه است.
پرواز از کلکته به بمبئی.

احتمال برخورد صاعقه به جسم زمینی با افزایش ارتفاع و با افزایش رسانایی الکتریکی خاک در سطح یا در عمق معینی افزایش می یابد (عمل صاعقه بر این عوامل است). اگر میدان الکتریکی در ابر وجود داشته باشد که برای حفظ تخلیه کافی باشد، اما برای ایجاد آن کافی نباشد، یک کابل فلزی بلند یا یک هواپیما می تواند نقش آغازگر رعد و برق را ایفا کند - به خصوص اگر دارای بار الکتریکی زیاد باشد. بنابراین، گاهی اوقات رعد و برق در نیمبوستراتوس و ابرهای کومولوس قدرتمند "تحریک" می شود.

رعد و برق در جو بالا:
در سال 1989 کشف شد نوع خاصرعد و برق - الف ها، رعد و برق در جو فوقانی. در سال 1995 نوع دیگری از رعد و برق در جو فوقانی کشف شد - جت.

جن ها:
الف ها (انگلیسی Elves؛ انتشار نور و اختلالات فرکانس بسیار پایین از منابع پالس الکترومغناطیسی) مخروط های فلاش بسیار بزرگ، اما کم نور با قطر حدود 400 کیلومتر هستند که مستقیماً از بالای یک ابر رعد و برق ظاهر می شوند. ارتفاع الف ها می تواند به 100 کیلومتر برسد، مدت زمان فلاش ها تا 5 میلی ثانیه (به طور متوسط ​​3 میلی ثانیه) است.

جت ها:
جت ها مخروطی لوله هستند از رنگ آبی. ارتفاع جت ها می تواند به 40-70 کیلومتر برسد (مرز پایین یونوسفر)، جت ها نسبتا طولانی تر از جن ها زندگی می کنند.

جن ها:
تشخیص جن ها دشوار است، اما تقریباً در هر رعد و برق در ارتفاع 55 تا 130 کیلومتری ظاهر می شوند (ارتفاع تشکیل رعد و برق "معمولی" بیش از 16 کیلومتر نیست). این نوعی رعد و برق است که از ابر به بیرون پرتاب می شود. برای اولین بار این پدیده در سال 1989 به طور تصادفی ثبت شد. در مورد ماهیت فیزیکی جن ها اطلاعات بسیار کمی وجود دارد.

رعد و برق خطی معمولاً با صدای غلتشی قوی به نام رعد همراه است. رعد و برق به دلیل زیر رخ می دهد. ما دیدیم که جریان در کانال رعد و برق در مدت زمان بسیار کوتاهی تشکیل می شود. در عین حال، هوا در کانال بسیار سریع و شدید گرم می شود و در اثر گرم شدن آن منبسط می شود. انبساط آنقدر سریع است که شبیه یک انفجار است. این انفجار لرزشی در هوا ایجاد می کند که با صداهای قوی همراه است. پس از قطع ناگهانی جریان، دما در کانال رعد و برق با خروج گرما به جو به سرعت کاهش می یابد. کانال به سرعت سرد می شود و بنابراین هوای داخل آن به شدت فشرده می شود. این نیز باعث لرزش هوا می شود که دوباره صدا را تشکیل می دهد. واضح است که صاعقه های مکرر می تواند باعث غرش و سر و صدای طولانی شود. به نوبه خود، صدا از ابرها، زمین، خانه ها و سایر اشیاء منعکس می شود و با ایجاد پژواک های متعدد، رعد و برق را طولانی می کند. بنابراین، رعد و برق رخ می دهد.[ ...]

تخلیه الکتریکی قابل مشاهده بین ابرها، قسمت های جداگانه از همان ابر یا بین ابر و سطح زمین. متداول ترین نمای معمولیرعد و برق - رعد و برق خطی - تخلیه جرقه با شاخه ها به طول متوسط ​​2-3 کیلومتر و گاهی اوقات تا 20 کیلومتر یا بیشتر. قطر M. در حد ده ها سانتی متر است. M. مسطح، چهار دقیق و کروی دارای ویژگی خاصی هستند (نگاه کنید به). علاوه بر این، در مورد M خطی گفته شده است.[ ...]

علاوه بر خطی، رعد و برق از انواع دیگر نیز وجود دارد، هرچند بسیار کمتر. از بین آنها، ما یکی از جالب ترین آنها را در نظر خواهیم گرفت - رعد و برق توپ.[ ...]

علاوه بر رعد و برق خطی، رعد و برق صاف در ابرهای رعد و برق مشاهده می شود. ناظر می بیند که چگونه ابر کومولونیمبوس از داخل در ضخامت قابل توجهی شعله ور می شود. صاعقه مسطح اثر تجمعی اثر همزمان تعداد زیادی تخلیه تاج در توده درون ابر است. در این حالت بخش قابل توجهی از ابر از داخل روشن می شود و در خارج از ابر درخششی مایل به قرمز به صورت فلاش می آید. رعد و برق صاف جلوه های صوتی ایجاد نمی کند. رعد و برق صاف که ابر را از داخل روشن می کند، نباید با رعد و برق اشتباه گرفته شود - انعکاس رعد و برق های دیگر، گاهی اوقات فراتر از افق، که ابر را از بیرون و همچنین آسمان نزدیک به افق را روشن می کند.[ ...]

زیپ تخت. تخلیه الکتریکی در سطح ابرها که شخصیت خطی ندارد و ظاهراً شامل تخلیه های آرام نورانی است که توسط قطرات منفرد ساطع می شود. طیف P. M. راه راه است، عمدتا از نوارهای نیتروژن. P.M را نباید با رعد و برق که روشن شدن ابرهای دوردست توسط رعد و برق خطی است اشتباه گرفت.[ ...]

فایربال. پدیده ای که گاهی در طوفان رعد و برق مشاهده می شود. این یک توپ درخشان با رنگ ها و اندازه های مختلف است (در نزدیکی سطح زمین، معمولاً حدود ده ها سانتی متر). Sh. M. پس از تخلیه رعد و برق خطی ظاهر می شود. به آرامی و بی صدا در هوا حرکت می کند، می تواند از طریق ترک ها، دودکش ها، لوله ها به داخل ساختمان ها نفوذ کند، گاهی اوقات با یک ترک کر کننده می ترکد. این پدیده می تواند از چند ثانیه تا نیم دقیقه طول بکشد. این هنوز یک فرآیند فیزیکی و شیمیایی کمی مطالعه شده در هوا است که با تخلیه الکتریکی همراه است.[ ...]

اگر رعد و برق توپ از ذرات باردار تشکیل شده باشد، در صورت عدم هجوم انرژی از خارج، این ذرات باید دوباره ترکیب شوند و گرمای آزاد شده در این حالت را به سرعت به اتمسفر اطراف منتقل کنند (زمان نوترکیب 10 10-10-11 ثانیه است. و با در نظر گرفتن زمان حذف انرژی از حجم - بیش از 10 -3 ثانیه). بنابراین، پس از پایان جریان، مجرای یک رعد و برق خطی در زمانی حدود چند میلی ثانیه سرد می شود و ناپدید می شود.[ ...]

بنابراین، رعد و برق توپ همیشه در ارتباط با تخلیه صاعقه خطی رخ نمی دهد، اگرچه، شاید، در بیشتر موارد این مورد است. می توان فرض کرد که در جایی رخ می دهد که قابل توجه باشد بارهای الکتریکی. انتشار آهسته این بارها منجر به تاج گذاری یا ظهور آتش سوزی های سنت المو می شود، گسترش سریع منجر به ظهور رعد و برق توپ می شود. به عنوان مثال، این می تواند در مکان هایی اتفاق بیفتد که کانال رعد و برق خطی به طور ناگهانی قطع می شود و بار قابل توجهی توسط یک تخلیه قدرتمند کرونا به ناحیه نسبتاً کوچکی از هوا پرتاب می شود. با این حال، این احتمال وجود دارد که شرایط مشابهی بدون تخلیه صاعقه خطی رخ دهد.[ ...]

علاوه بر این، رعد و برق توپ بی صدا است. حرکت آن کاملا بی صدا و یا همراه با صدای خش خش یا تروق خفیف است. اگرچه در موارد نادر رعد و برق توپ چندین ده متر در ثانیه پرواز می کند و یک نوار نورانی کوتاه به طول چندین متر تشکیل می دهد (این به دلیل ناتوانی تحلیلگرهای بصری ما در تشخیص رویدادهایی است که با فاصله زمانی کمتر از 0.1 ثانیه از هم جدا شده اند)، با این وجود این باند را نمی توان با رعد و برق خطی کانالی که تشکیل آن با رعد و برق کر کننده همراه است اشتباه گرفت. عواقب انفجار رعد و برق توپ نیز معمولاً بسیار ضعیف تر از تخلیه رعد و برق خطی است. به طور خاص، انفجار اغلب یک انفجار است، در موارد قوی - شلیک تفنگ یا تپانچه، در حالی که رعد و برق از یک رعد و برق خطی نزدیک بیشتر شبیه غرش یک پرتابه در حال انفجار است.[ ...]

از آنجایی که رعد و برق توپ اغلب با رعد و برق و رعد و برق همراه است، برای محققان اولیه طبیعی بود که سعی کنند از رعد و برق جوی در آزمایشات آزمایشگاهی استفاده کنند. در کار، اولین مطالعه علمی ثبت شده در مورد پدیده ای مشابه رعد و برق توپ با نام پروفسور ریچمن از سن پترزبورگ مرتبط است. اعتقاد بر این است که تخلیه، شبیه رعد و برق توپ، به طور تصادفی در طی یک طوفان رعد و برق تشکیل شده است. این مورد به طور گسترده ای در بین محققان پدیده های مرتبط با رعد و برق خطی و توپ شناخته شده است. چنین شهرتی نه چندان به دلیل نتایج خود آزمایش، بلکه به این دلیل است که گزارش شده است که صاعقه توپ به پیشانی ریچمن اصابت کرده است که در نتیجه او در 6 اوت 1753 درگذشت.[ ...]

ظاهر رعد و برق توپ معمولاً با فعالیت رعد و برق همراه است. آمار نشان می دهد که 73 درصد از 513 مورد به گفته مک نیلی، 62 درصد از 112 مورد به گفته رالی و 70 درصد از 1006 مورد به گفته استاخانوف مربوط به رعد و برق است. به گفته بری، در 90 درصد مواردی که او جمع آوری کرد، رعد و برق توپ در هنگام رعد و برق مشاهده شد. در همان زمان، در بسیاری از آثار گزارش شده است که صاعقه توپ بلافاصله پس از برخورد صاعقه خطی رخ می دهد.[ ...]

توجه داشته باشید که رعد و برق توپ بلافاصله ظاهر نشد، بلکه 3-4 ثانیه پس از تخلیه صاعقه خطی ظاهر شد. علاوه بر این، نویسنده نامه جزئیات زیادی از این رویداد ارائه کرده است، به طوری که به سختی می توان آنچه را که دید را توهم دانست. چنین مشاهداتی مجزا نیستند.[ ...]

تشکیل رعد و برق توپ از کانال رعد و برق خطی از نقطه نظر در نظر گرفته شده به صورت زیر نشان داده شده است. مقداری هوای داغ جدا شده به بیرون پرتاب شد موج ضربه ایاز کانال رعد و برق خطی، با هوای سرد اطراف مخلوط می شود و به سرعت سرد می شود که بخش کوچکی از اکسیژن اتمی در آن زمان برای ترکیب مجدد ندارد. با توجه به ملاحظات فوق، این اکسیژن باید در 10 5 ثانیه به ازن تبدیل شود. نسبت مجاز هوای گرم در مخلوط حاصل بسیار محدود است، زیرا دمای مخلوط نباید از 400 کلوین تجاوز کند، در غیر این صورت ازن حاصل به سرعت تجزیه می شود. این مقدار ازن موجود در مخلوط را به حدود 0.5-1٪ محدود می کند. برای به دست آوردن غلظت بالاتر ازن، تحریک اکسیژن توسط جریان صاعقه در نظر گرفته می شود. نویسنده به این نتیجه می رسد که این می تواند منجر به تشکیل مخلوطی شود که حاوی حداکثر 2.6٪ ازن است. بنابراین، در این مورد، تخلیه صاعقه در واقع در طرح پیشنهادی گنجانده شده است قسمت مورد نیازنقاشی ها این به طور مطلوب فرضیه مورد بررسی را از سایر فرضیه های شیمیایی متمایز می کند، جایی که خود تخلیه، در نگاه اول، هیچ نقشی ندارد و مشخص نیست که چرا رعد و برق توپ تا این حد با یک طوفان همراه است.[ ...]

رعد و برق توپ واقعی، به عنوان یک قاعده، در هنگام رعد و برق، اغلب با باد شدید ظاهر می شود. کانال رعد و برق خطی توسط رهبر جاروب شده هر 30-40 میلی ثانیه تجدید می شود و برای مدت زمان بیش از 0.1 - 0.2 ثانیه وجود ندارد.[ ...]

وقوع رعد و برق توپ را می توان از این منظر به صورت زیر نشان داد. پس از یک رعد و برق خطی، بخش کوچکی از کانال آن باقی می ماند و تا دمای بالا گرم می شود. با پایان تخلیه، جریان قطع نمی شود. اکنون یک تخلیه جرقه روشن با یک تخلیه تاریک و غیر درخشان جایگزین می شود که در آن جریان در امتداد کانال خاموش شده رعد و برق خطی جریان می یابد. هوای اینجا حاوی تعداد فزاینده‌ای از یون‌هایی است که فرصت ترکیب مجدد ندارند. رسانایی این ستون هوای پر شده با یون ها، که عرض آن بسیار بیشتر از قطر اولیه کانال رعد و برق در نظر گرفته می شود، در حدود 10 "3--10 4 m 1 Ohm 1" در نظر گرفته می شود. رعد و برق توپ از عمل میدان مغناطیسی جریان بر روی همان جریان زمانی که تقارن استوانه ای نقض می شود رخ می دهد. انفجار به عنوان یک فروپاشی در نتیجه قطع جریان در نظر گرفته می شود. با این حال، با افزایش شدید و شدید جریان، یک انفجار به معنای معمول کلمه می تواند رخ دهد. خاموشی آرام زمانی رخ می دهد که جریان به آرامی متوقف شود.[ ...]

مشخص است که تخلیه رعد و برق خطی معمولی یک مسیر پیچیده و گاهی بسیار پرپیچ و خم در جو دارد. توسعه تخلیه را می توان با عکاسی با استفاده از دوربین های پر سرعت مطالعه کرد. در دوربین هایی که برای گرفتن رعد و برق استفاده می شود، فیلم می تواند به سرعت در جهت افقی یا عمودی حرکت کند. سرعت فیلم معمولی 500-1000 سانتی متر بر ثانیه است. این سرعت ضروری است زیرا سرعت پیشروی کانال رعد و برق به 5 108 سانتی متر بر ثانیه می رسد.[ ...]

به طور کلی پذیرفته شده است که رعد و برق مهره ای از یک کانال صاعقه غیرعادی بین دو ابر ایجاد می شود. یک کانال تخلیه معمولی رعد و برق به تعدادی تکه های نورانی که به یکدیگر متصل نیستند شکسته می شود. شکل تکمیل شده رعد و برق مهره ای از تعداد زیادی قسمت تشکیل شده است که به نظر می رسد همزمان وجود داشته باشند و نتیجه آشکار حرکت یک جسم نورانی منفرد با تغییر دوره ای روشنایی نیست. به نظر ناظران به عنوان یک درخشش پایدار در امتداد مسیر یک رعد و برق خطی معمولی است که برای مدتی طولانی وجود دارد. مدت زمان طولانیپس از آخرین شیوع بر اساس گزارش ها، طول عمر چنین رعد و برق مهره ای 1-2 ثانیه است.[ ...]

بر اساس گزارش ها، رعد و برق مهره دار معمولاً بین دو ابر ظاهر می شود و خط شکسته ای از "نقاط" درخشان را تشکیل می دهد که مدتی پس از ظهور رعد و برق خطی معمولی باقی می ماند. "نقاط" نورانی اندازه زاویه ای مشابه قطر کانال دارند رعد و برق خطی، و، با توجه به به نظر می رسد کروی شکل. هر "نقطه" از ناحیه غیر نورانی مجاور جدا می شود. اندازه شکاف تیره می تواند چندین قطر از قسمت های نورانی باشد.[ ...]

ظهور رعد و برق توپ زمانی مشاهده شد که صاعقه خطی به آب برخورد می کند. I. A. Gulidov از خارکف در مورد آن به ما گفت.[ ...]

اول از همه، توجه می کنیم که رعد و برق توپ همیشه پس از تخلیه خاصی از رعد و برق خطی ظاهر نمی شود. طبق داده های ما، در 75٪ موارد، ناظر نمی تواند به طور قطع نشان دهد که آیا صاعقه خطی قبل از ظهور رعد و برق توپ بوده است یا خیر. ظاهراً می تواند در نتیجه تخلیه دور رعد و برق خطی که توسط ناظر ثابت نمی شود ، مثلاً در هنگام تخلیه بین ابرها ظاهر شود و سپس به زمین برود. در بسیاری از موارد (تقریباً 30-20%) اصلاً با رعد و برق همراه نیست. طبق داده های ما، این اتفاق در حدود 25٪ موارد رخ می دهد، تقریباً همان رقم - 30٪ - در نظرسنجی در بریتانیا انجام می شود. با این حال، حتی در مواردی که رعد و برق توپ پس از یک ضربه خاص از رعد و برق خطی ظاهر می شود، ناظر همیشه فلاش را نمی بیند، گاهی اوقات فقط رعد و برق می شنود. برای مثال، در مورد هر چهار شاهد عینی که رعد و برق توپ را در کرملین دیدند، چنین بود (نگاه کنید به شماره 1). بنابراین، طرفداران تئوری اینرسی تصویر باید بپذیرند که تصویر پس از آن نه تنها از رعد و برق، بلکه از صدای رعد و برق نیز به وجود می آید. گاهی اوقات رعد و برق چند ثانیه از ظاهر رعد و برق توپ جدا می شود که برای افتادن رعد و برق توپ در میدان دید ناظر یا توجه به آن لازم است. در اینجا چند نمونه از مکاتبات دریافتی آورده شده است.[ ...]

اگر همانطور که اغلب تصور می شود، رعد و برق توپ با تخلیه رعد و برق خطی تشکیل شود، احتمال مشاهده آن می تواند به طور قابل توجهی افزایش یابد. برای انجام این کار، کافی است نظارت منظم بر آن دسته از اجسامی که اغلب توسط رعد و برق خطی مورد اصابت قرار می گیرند (منبع های بلند، برج های تلویزیون، برج های انتقال نیرو و غیره) سازماندهی شود. بنابراین، دفعات برخورد صاعقه خطی به برج اوستانکینو چندین ده مورد در سال است. اگر احتمال ظهور رعد و برق توپ در هنگام تخلیه رعد و برق خطی کمتر از 0.1-0.01 نباشد، در این صورت شانس های زیادی برای تشخیص رعد و برق توپ در طول یک فصل وجود دارد. در عین حال، البته باید اذعان داشت که برخورد صاعقه به برج، به هر دلیلی، ظهور رعد و برق توپ را منتفی نمی کند. علاوه بر این، استفاده از تجهیزات مناسب ضروری است، زیرا اگر ارتفاع زیاد برج را در نظر بگیریم، اندازه زاویه ای صاعقه توپ (در صورت مشاهده از زمین) بسیار کوچک و درخشندگی آن در مقایسه با آن ناچیز خواهد بود. به روشنایی کانال رعد و برق خطی.[ ...]

قطره ای از فلز مذاب که در کانال رعد و برق خطی سقوط می کند، همچنین می تواند یک کره نورانی را تشکیل دهد که حرکت آن به طور قابل توجهی با حرکت رعد و برق توپ متفاوت است. به دلیل وزن مخصوص زیاد، چنین قطراتی ناگزیر به پایین یا به سرعت سقوط می کنند، در حالی که رعد و برق توپ می تواند شناور شود، به صورت افقی حرکت کند یا بالا بیاید. حتی اگر فرض کنیم که یک قطره فلز مذاب در لحظه تشکیل تکانه قابل توجهی پیدا کند، حرکت آن به دلیل اینرسی زیاد شباهت کمی به حرکاتی که معمولاً به رعد و برق توپ نسبت داده می شود خواهد داشت. در نهایت، ما فقط می توانیم در مورد رعد و برق توپ در این مورد صحبت کنیم. اندازه کوچک، که قطر آن چندین سانتی متر است، در حالی که اکثریت قریب به اتفاق رعد و برق بسیار بزرگتر است (10-20 سانتی متر و گاهی اوقات بیشتر).[ ...]

تنها تعداد کمی از شاهدان عینی که رعد و برق توپ را مشاهده کردند، لحظه پیدایش آن را نیز مشاهده کردند. از 1500 پاسخ پرسشنامه اول، تنها 150 نفر به این سوال که صاعقه توپ چگونه رخ می دهد، پاسخ قطعی دادند. در پاسخ به پرسشنامه دوم، تقریباً همه این رویدادها شرح مفصلی دریافت کردیم.[ ...]

شکی نیست که منشا رعد و برق توپ در بیشتر موارد ارتباط تنگاتنگی با تخلیه صاعقه خطی دارد. در مورد سوال اول، عملا شکی وجود ندارد که حداقل در مواردی که تولد صاعقه توپ با تخلیه صاعقه خطی همراه باشد، انرژی از کانال صاعقه خطی به آن تامین می شود و سپس طبق فرضیه خوشه ای. ، به شکل انرژی یونیزاسیون یون های خوشه ای ذخیره می شود. با فرض اینکه اختلاف پتانسیل بین ابر و زمین می تواند به 108 ولت برسد، و بار حمل شده توسط تخلیه صاعقه 20-30 K باشد، متوجه می شویم که انرژی آزاد شده در تخلیه صاعقه خطی (2h-3) 109 ژول است. با طول کانال متوسط ​​3-5 کیلومتر انرژی در واحد طول حدود 5-105 J/m است. در حین شارژ، این انرژی در طول کانال توزیع می شود و می تواند شروع کننده وقوع رعد و برق توپ باشد. در برخی موارد، می تواند از طریق هادی ها به فاصله قابل توجهی از محل برخورد صاعقه خطی منتقل شود.[ ...]

محتمل ترین مکان برای وقوع رعد و برق توپ، به نظر ما، تاج تخلیه رعد و برق خطی است. مانند هر رسانایی تحت پتانسیل بالا، کانال رعد و برق خطی توسط یک تخلیه تاج احاطه شده است، که منطقه وسیعی (به قطر حدود 1 متر) را اشغال می کند، که در آن تعداد زیادی یون در طول تخلیه تشکیل می شود. دمای این ناحیه چندین برابر دمای کانال رعد و برق کمتر است و به سختی به خصوص در قسمت های پیرامونی آن از چند صد درجه تجاوز می کند. تحت چنین شرایطی: یون ها می توانند به راحتی با پوسته های هیدراتاسیون پوشانده شوند و به هیدرات های یونی یا سایر یون های خوشه ای تبدیل شوند. می بینیم که هم ابعاد و هم شرایط دمایی، موجود در تاج، برای تشکیل صاعقه توپ بسیار مناسب تر از شرایط مشخصه کانال تخلیه جریان هستند.[ ...]

در نامه V. V. Mosharov گزارش شده است که رعد و برق توپ پس از برخورد صاعقه خطی به آنتن تلویزیون بوجود آمده است.[ ...]

بنابراین، جریان تخلیه که در هنگام انفجار رعد و برق توپ ظاهر می شد نیز در فاصله قابل توجهی از محل انفجار جریان داشت. در این مورد، مطلقاً غیرممکن است که این عواقب را در تخلیه رعد و برق خطی مقصر بدانیم، زیرا رعد و برق قبلاً در آن زمان به پایان رسیده بود. ظهور پالس‌های جریان قوی نیز می‌تواند منجر به ذوب فلزات شود، بنابراین، این جریان‌ها حداقل تا حدی می‌توانند مسئول ذوب ناشی از صاعقه توپ باشند. البته انرژی صرف شده برای ذوب شدن در خود رعد و برق توپ وجود ندارد و این می تواند گسترش زیاد در انتشار گرما را توضیح دهد.[ ...]

توجه داشته باشید که بر اساس آخرین مشاهدات، رعد و برق گلوله ای به وجود آمد، البته در نزدیکی درختی که صاعقه خطی به آن اصابت کرد، اما همچنان تا حدودی در فاصله دو متری آن قرار داشت.[ ...]

برای محافظت خطوط هوایی در برابر آسیب ناشی از برخورد مستقیم صاعقه از برقگیرهای لوله ای خطی استفاده می شود که در فصل رعد و برق بر روی تکیه گاه ها نصب می شوند. دستگیر کننده ها در هر دور زدن بعدی خطوط، و به ویژه پس از رعد و برق با دقت بازرسی می شوند.[ ...]

استدلال دوم این است که تشکیل رعد و برق توپ به فاصله زمانی چند ثانیه ای نیاز دارد. اگرچه رعد و برق توپ پس از تخلیه رعد و برق خطی ظاهر می شود، با این حال، با قضاوت بر اساس شهادت شاهدان، مدتی طول می کشد تا "شعله ور شود" یا قطر آن به اندازه ای ثابت رشد کند یا به یک جسم کروی مستقل تبدیل شود. این زمان (1-2 ثانیه) تقریباً یک مرتبه بزرگتر از کل مدت زمان وجود یک کانال صاعقه خطی (0.1-0.2 ثانیه) و بیش از دو مرتبه بزرگتر از زمان فروپاشی کانال (10) است. ام‌اس).[ ...]

در بالا، ما عمدتا مواردی از ظهور رعد و برق توپ از هادی ها در هنگام برخورد نزدیک رعد و برق خطی یا حداقل زمانی که احتمال چنین ضربه ای منتفی نبود، شرح دادیم. این سوال مطرح می شود که آیا رعد و برق توپ می تواند بدون تخلیه قبلی رعد و برق خطی نیز رخ دهد؟ بر اساس تجزیه و تحلیل تعدادی از موارد، می توان با اطمینان کامل به این سؤال پاسخ مثبت داد. به عنوان یک نمونه، می‌توانیم مورد (شماره 47) شرح داده شده در ابتدای § 2.6 را به یاد بیاوریم، زمانی که "صاعقه توپ در پایانه‌ها ظاهر شد. باتری. در اینجا چند نمونه دیگر وجود دارد که به طور مفصل وقوع صاعقه توپ را توضیح می دهد.[ ...]

اجازه دهید بار دیگر به پرسش فرکانس عینی وقوع رعد و برق توپ بازگردیم. یک مقیاس طبیعی برای مقایسه، فراوانی وقوع رعد و برق خطی است. بررسی اولیه انجام شده توسط NABA همچنین شامل سوالاتی در مورد مشاهده صاعقه مهره ای و محل برخورد صاعقه خطی بود. در سوال آخر منظورشان مشاهده ناحیه ای به قطر حدود 3 متر است که در جایی قرار دارد که کانال رعد و برق خطی به داخل زمین یا اجسام واقع در آن می رود. پاسخ مثبت به این سوال به این معنی بود که ناظر این مکان را به اندازه کافی واضح دید که بتواند متوجه یک توپ کوچک و کم نور در نزدیکی زمین شود.[ ...]

مشخصه این دسته از عکس‌ها وجود نزدیک ردی از یک رعد و برق خطی معمولی از یک ناحیه نورانی کوچک جداگانه است که به وضوح توسط رعد و برق تشکیل شده و به عنوان چیزی جدا از تخلیه اصلی باقی می‌ماند.[ ...]

IP Stakhanov به طور ویژه توصیف مشاهدات رعد و برق توپ را از نقطه نظر وقوع آنها تجزیه و تحلیل کرد. وی 67 مورد را انتخاب کرد که لحظه ظهور رعد و برق توپ ثبت شد. از این تعداد، در 31 مورد، صاعقه توپ در مجاورت کانال صاعقه خطی به وجود آمد، در 29 مورد از اجسام و وسایل فلزی - پریز، رادیو، آنتن، دستگاه تلفن و غیره ظاهر شد، در 7 مورد در هوا مشتعل شد. "از هیچ".[ ...]

کانال رعد و برق، یعنی. مسیری که تخلیه جرقه در امتداد آن پرش می کند، با قضاوت بر اساس عکس های رعد و برق که توسط دوربین های خاص ساخته شده است، قطری بین 0.1 تا 0.4 متر دارد. مدت زمان تخلیه بر حسب میکرو ثانیه تخمین زده می شود. مشاهدات رعد و برق که در چنین زمان کوتاهی در حال توسعه هستند، با تئوری دید در جو، که در آن زمان مورد نیاز برای مشاهده، همانطور که قبلا در نظر گرفته شد، باید از 0.5 ثانیه تجاوز کند، در تضاد نیست. در طی میکروثانیه‌های رشد رعد و برق، یک ناحیه بسیار روشن از کانال رعد و برق چنان تأثیر شدیدی بر دستگاه بینایی انسان دارد که در طول زمان لازم برای تطبیق مجدد بینایی، زمان لازم برای درک آنچه اتفاق افتاده است را دارد. شبیه به این، اثر بصری کور کردن، مثلاً، با فلاش است. به همین دلیل، رعد و برق خطی توسط ما به عنوان یک تخلیه جرقه منفرد، کمتر دو، درک می شود، اگرچه، طبق عکس های خاص، تقریباً همیشه از 2-3 یا بیشتر، تا ده ها پالس تشکیل شده است.[ ...]

مطالعات انجام شده این امکان را فراهم می کند که به طور واضح به این سؤال پاسخ دهیم که آیا رعد و برق توپ اصلاً به عنوان یک پدیده فیزیکی وجود دارد یا خیر. در یک زمان، فرضیه ای مطرح شد که رعد و برق توپ است خطای دید. این فرضیه هنوز وجود دارد (به عنوان مثال نگاه کنید به). ماهیت این فرضیه این است که یک برق شدید از رعد و برق خطی در نتیجه فرآیندهای فتوشیمیایی می تواند اثری را روی شبکیه چشم ناظر بگذارد که به صورت یک نقطه برای 2-10 ثانیه روی آن باقی می ماند. این نقطه به عنوان رعد و برق توپ درک می شود. چنین بیانیه ای توسط همه نویسندگان بررسی ها و تک نگاری ها در مورد رعد و برق توپ که قبلاً پردازش شده است رد می شود. عدد بزرگمشاهدات این به دو دلیل انجام شده است. اولاً، هر یک از مشاهدات متعددی که به عنوان استدلال به نفع وجود رعد و برق توپ استفاده می شود، در فرآیند مشاهده آن، جزئیات بسیاری را شامل می شود که نمی توانست به عنوان اثر بعدی رعد و برق توپ در مغز ناظر ایجاد شود. ثانیاً تعدادی عکس قابل اعتماد از رعد و برق توپ وجود دارد و این به طور عینی وجود آن را ثابت می کند. بنابراین، بر اساس مجموع داده های مربوط به مشاهده صاعقه توپ و تجزیه و تحلیل آنها، می توان با اطمینان کامل بیان کرد که صاعقه توپ یک پدیده واقعی است.[ ...]

آندریانوف و سینیتسین هنگام تنظیم آزمایش‌های خود، از این فرض برداشت کردند که صاعقه توپ به عنوان یک اثر ثانویه رعد و برق خطی از ماده تبخیر شده پس از عمل آن به وجود می‌آید. برای شبیه سازی این پدیده، نویسندگان از تخلیه به اصطلاح فرسایشی استفاده کردند - تخلیه پالسی که پلاسما را از یک ماده تبخیر ایجاد می کند. انرژی ذخیره شده در شرایط آزمایشی 5 کیلوژول، اختلاف پتانسیل 12 کیلو ولت و ظرفیت خازن تخلیه شده 80 میکروفنتر بود. تخلیه به مواد دی الکتریک هدایت شد، حداکثر جریان تخلیه 12 کیلو آمپر بود. ناحیه تخلیه ابتدا توسط یک غشای نازک از اتمسفر معمولی جدا شد که با روشن شدن تخلیه، این غشاء پاره شد و پلاسمای فرساینده به اتمسفر پرتاب شد. ناحیه نورانی متحرک شکل کروی یا حلقوی به خود گرفت و تشعشع مرئیپلاسما برای زمانی در حد 0.01 ثانیه مشاهده شد و به طور کلی درخشش پلاسما بیش از 0.4 ثانیه ثبت شد. این آزمایش‌ها بار دیگر نشان می‌دهند که طول عمر تشکل‌های پلاسما در هوای اتمسفر به‌طور قابل‌توجهی کمتر از طول عمر مشاهده‌شده رعد و برق توپ است.[ ...]

روی انجیر 2.4 عکسی را نشان می دهد که ویژگی های تصویر در آن به ویژگی های توصیف شده رعد و برق مهره نزدیک است. گزارش شده است که درخشش متناوب همراه با رعد و برق خطی معمولی مشاهده شده است. همانطور که می بینید، دنباله رعد و برق مهره ای، بر خلاف تخلیه های معمولی رعد و برق، منشعب نمی شود. این ویژگی که برای ردیابی رعد و برق معمولی کاملاً غیرمعمول است، طبق مشاهدات شاهدان عینی، یکی از ویژگی های متمایز رعد و برق مهره ای است. با این حال، منشاء این اثر خاص در شکل. 2.4 سوال برانگیز است، زیرا در قسمت بالای عکس بخشی از مسیر وجود دارد که مسیری را که توضیح داده شده تکرار می کند (شکل آن به وضوح با شکل تصویر اصلی رعد و برق مهره دار مطابقت دارد). باور کردنی نیست که دو یا چند تخلیه تحت تأثیر میدان های الکتریکی جوی و بارهای فضایی دور از یکدیگر، چنین اشکال مشابهی به دست آورند. بنابراین، عکس شکل. 2.4 مشکوک است. ظاهراً مربوط به حرکت دوربین است و نشان دهنده اثر واقعی رعد و برق مهره ای نیست.[ ...]

یافتن این آب در نزدیکی زمین کار سختی نیست. می توان آن را در هوا و سطح زمین، روی برگ ها به صورت شبنم و روی اشیاء دیگر قرار داد. در طول تخلیه رعد و برق (0.1-0.2 ثانیه) تبخیر می شود و می تواند حجم قابل توجهی را پر کند. در هوا (به ویژه در ابرها)، آب به صورت قطرات و بخار پخش می شود. از آنجایی که ماده صاعقه توپ دارد کشش سطحی، تمایل دارد مانند یک فیلم کشسان در یک مکان جمع شود. بنابراین، می توان فکر کرد که یون هایی که رعد و برق توپ را تشکیل می دهند، در پوسته های هیدراتاسیون در حجم نسبتاً زیادی، چندین برابر بیشتر از حجم خود رعد و برق توپ، تشکیل شده و پوشانده می شوند و تنها پس از آن فشرده شده و در یک بدن ترکیب می شوند. شاهدان عینی نیز به این موضوع اشاره می کنند (به فصل 2 مراجعه کنید). به یاد بیاورید که یکی از آنها، به ویژه، می گوید که پس از برخورد رعد و برق خطی در یک زمین شخم زده، "نورها" در امتداد سطح آن می دویدند، که سپس به صورت یک توپ جمع می شدند، که از زمین جدا شد و در هوا شناور شد (نگاه کنید به شماره 67).

آژانس فدرال آموزش

موسسه آموزشی دولتی آموزش عالی حرفه ای

دانشگاه دولتی پتروزاوودسک

رعد و برق خطی.

تولد و روش های استفاده از آن.

پتروزاوودسک 2009

لیست بازیگران:

اگورووا النا،

1 دوره، گروه 21102

لبدف پاول،

1 دوره گروه 21112

شلگینا ایرینا،

1 دوره، گروه 21102

رعد و برق. اطلاعات عمومی…………………………………….4

داستان. نظریه های منشاء……………………………5

تشکیل رعد و برق…………………………………….6

رعد و برق. اطلاعات کلی

رعد و برقتخلیه جرقه ای از الکتریسیته ساکن است که در ابرهای رعد و برق انباشته شده است.

طول صاعقه خطی چندین کیلومتر است، اما می تواند به 20 کیلومتر یا بیشتر برسد.

شکل رعد و برق معمولاً شبیه ریشه های شاخه دار درختی است که در آسمان رشد کرده است.

کانال اصلی رعد و برق دارای چندین شاخه به طول 2-3 کیلومتر است.

قطر کانال رعد و برق از 10 تا 45 سانتی متر است.

مدت زمان وجود رعد و برق یک دهم ثانیه است.

میانگین سرعت رعد و برق 150 کیلومتر بر ثانیه است.

قدرت فعلی داخل کانال رعد و برق به 200000 آمپر می رسد.

دمای پلاسما در رعد و برق بیش از 10000 درجه سانتیگراد است.

شدت میدان الکتریکی در یک ابر رعد و برق بین 100 تا 300 ولت بر سانتی متر است، اما قبل از تخلیه رعد و برق در حجم های کوچک جداگانه می تواند تا 1600 ولت در سانتی متر برسد.

میانگین بار یک ابر رعد و برق 30-50 کولن است. در هر تخلیه رعد و برق، 1 تا 10 کولن برق منتقل می شود.

همراه با رایج ترین رعد و برق خطی، گاهی اوقات رعد و برق موشک، مهره و توپ وجود دارد. رعد و برق موشک بسیار نادر است. 1-1.5 ثانیه طول می کشد و ترشحی است که به آرامی بین ابرها ایجاد می شود. رعد و برق مهره دار را نیز باید به انواع بسیار نادر رعد و برق نسبت داد. مدت زمان کلی آن 0.5 ثانیه است و در پس زمینه ابرها به صورت مهره های درخشان با قطر حدود 7 سانتی متر در چشم ظاهر می شود. رعد و برق گلوله ای در بیشتر موارد یک سازند کروی با قطر 10-20 سانتی متر است. سطح زمین، و تا 10 متر در ارتفاع ابرها.

در هر ثانیه حدود 100 رعد و برق خطی در زمین مشاهده می شود، میانگین توانی که در مقیاس کل زمین برای تشکیل رعد و برق صرف می شود 1018 ارگ در ثانیه است. یعنی انرژی آزاد شده در هنگام بارش از یک ابر رعد و برق به طور قابل توجهی بیشتر از انرژی الکتریکی آن است.

2. تاریخچه بررسی ماهیت صاعقه و "نظریه"های اولیه تبیین این پدیده طبیعی.

رعد و برق و رعد در ابتدا توسط مردم به عنوان بیان اراده خدایان تلقی می شد و

به ویژه، به عنوان جلوه ای از خشم خدا. در عین حال انسانی کنجکاو

ذهن از زمان های قدیم سعی می کرد ماهیت رعد و برق و رعد و برق را درک کند و آنها را درک کند

دلایل طبیعی. در زمان های قدیم ارسطو به این موضوع فکر می کرد. در بالا

لوکرتیوس در مورد ماهیت رعد و برق فکر کرد. خیلی ساده لوحانه

تلاش برای توضیح رعد و برق به عنوان یک نتیجه از این واقعیت است که "ابرها در آنجا در زیر برخورد می کنند

هجوم بادها.»

برای قرن ها، از جمله قرون وسطی، اعتقاد بر این بود که رعد و برق آتشین است

بخار محبوس شده در ابرهای بخار آب در حال گسترش، بیشتر آنها را می شکند

نقطه ضعف است و به سرعت به سطح زمین می رود. در سال 1929، جی سیمپسون نظریه ای را ارائه کرد که الکتریسیته شدن را با له شدن قطرات باران توسط جریان هوا توضیح می دهد. در نتیجه له شدن، ریزش قطره های بزرگتر دارای بار مثبت هستند، در حالی که قطرات کوچکتر باقی مانده در قسمت بالایی ابر بار منفی دارند. در نظریه یونیزاسیون آزاد Ch.Wilson، فرض بر این است که الکتریکی شدن در نتیجه تجمع انتخابی یون ها توسط قطرات در جو اتفاق می افتد. اندازه های مختلف. ممکن است که الکتریکی شدن ابرهای رعد و برق با عمل مشترک همه این مکانیسم ها انجام شود و اصلی ترین آنها سقوط ذرات نسبتاً بزرگی است که توسط اصطکاک در برابر هوای اتمسفر برق می گیرند.

در سال 1752، بنجامین فرانکلین به طور تجربی ثابت کرد که رعد و برق است

تخلیه الکتریکی قوی این دانشمند آزمایش معروف را با هوا انجام داد

بادبادکی که با نزدیک شدن به یک رعد و برق به هوا پرتاب شد.

تجربه: یک سیم نوک تیز روی قسمت متقاطع مار ثابت شده بود،

یک کلید و یک نوار ابریشمی به انتهای طناب بسته بودند که با دست آن را گرفته بود.

به محض اینکه ابر رعد و برق بالای بادبادک قرار گرفت، سیم تیز شد

یک بار الکتریکی از آن استخراج کنید و بادبادک همراه با سیم بکسل برقی می شود.

پس از باران، مار را همراه با ریسمان خیس می کند و آنها را به این وسیله می سازد

آزاد برای هدایت بار الکتریکی، می تواند به عنوان یک الکتریکی مشاهده شود

با نزدیک شدن انگشت، شارژ "تخلیه" می شود.

همزمان با فرانکلین، مطالعه ماهیت الکتریکی صاعقه

مشغول به کار M.V. لومونوسوف و جی وی ریچمن. به لطف تحقیقات آنها در اواسط قرن 18، ماهیت الکتریکی رعد و برق ثابت شد. از آن زمان، مشخص شد که رعد و برق یک تخلیه الکتریکی قدرتمند است که زمانی رخ می دهد که ابرها به اندازه کافی برق داشته باشند.

3. شکل دادن به صاعقه

اغلب، رعد و برق در ابرهای کومولونیمبوس رخ می دهد، سپس آنها را ابرهای رعد و برق می نامند. گاهی اوقات رعد و برق در ابرهای نیمبوستراتوس و همچنین در هنگام فوران های آتشفشانی، گردبادها و طوفان های گرد و غبار تشکیل می شود.

رعد و برق های خطی معمولاً مشاهده می شوند که به تخلیه های بدون الکترود تعلق دارند، زیرا در خوشه هایی از ذرات باردار شروع می شوند (و پایان می یابند). این امر برخی از خواص هنوز توضیح ناپذیر آنها را تعیین می کند که صاعقه را از تخلیه بین الکترودها متمایز می کند. بنابراین، صاعقه کوتاهتر از چند صد متر نیست. آنها در میدان های الکتریکی بسیار ضعیف تر از میدان های هنگام تخلیه بین الکترودها ایجاد می شوند. جمع آوری بارهای حمل شده توسط رعد و برق در هزارم ثانیه از هزارم ذره کوچک و کاملاً ایزوله واقع در حجم چند کیلومتر مکعب اتفاق می افتد. روند توسعه رعد و برق در ابرهای رعد و برق بیشترین مطالعه را دارد، در حالی که رعد و برق می تواند در خود ابرها - رعد و برق درون ابری - عبور کند و می تواند به زمین - رعد و برق زمین برخورد کند.

برای وقوع رعد و برق، لازم است که در حجم نسبتاً کوچک (اما نه کمتر از مقداری بحرانی) از ابر، میدان الکتریکی با قدرت کافی برای شروع تخلیه الکتریکی (~ 1 MV/m) تشکیل شود و در بخش قابل توجهی از ابر میدانی با قدرت متوسط ​​کافی برای حفظ تخلیه شروع شده (~ 0.1-0.2 MV / m) وجود دارد. در رعد و برق، انرژی الکتریکی ابر به گرما و نور تبدیل می شود.

تخلیه رعد و برق می تواند بین ابرهای برق دار مجاور یا بین ابرهای برق دار و زمین رخ دهد. قبل از تخلیه، تفاوت قابل توجهی در پتانسیل های الکتریکی بین ابرهای همسایه یا بین ابر و زمین به دلیل جدا شدن و تجمع الکتریسیته جوی در نتیجه فرآیندهای طبیعی مانند باران، بارش برف و غیره رخ می دهد. اختلاف پتانسیل حاصل می تواند به یک میلیارد ولت برسد و تخلیه بعدی انرژی الکتریکی انباشته شده از طریق جو می تواند جریان های کوتاه مدتی از 3 تا 200 کیلو آمپر ایجاد کند.

4. فازهای اصلی اول و بعدی

اجزای رعد و برق

قرابت رعد و برق با تخلیه جرقه توسط آثار بنجامین فرانکلین دو قرن و نیم پیش ثابت شد. امروزه در گفتن چنین عبارتی، ذکر این دو شکل تخلیه الکتریکی به ترتیب معکوس صحیح تر است، زیرا مهمترین عناصر ساختاری یک جرقه در اصل در صاعقه مشاهده شده و تنها پس از آن در آزمایشگاه کشف شده است. دلیل چنین توالی غیر استانداردی از رویدادها ساده است: تخلیه رعد و برق به طور قابل توجهی طول دارد، توسعه آن بیشتر طول می کشد، و بنابراین ضبط نوری رعد و برق نیازی به تجهیزاتی با وضوح مکانی و زمانی بالا ندارد. اولین و هنوز هم چشمگیر جاروهای زمانی تخلیه رعد و برق با استفاده از دوربین های ساده با حرکت مکانیکی متقابل لنز و فیلم (دوربین های Boyce) در دهه 30 انجام شد. آنها شناسایی دو مرحله اصلی فرآیند را ممکن کردند: رهبرو خانهمراحل

در حین رهبرمرحله در فاصله ابر زمین یا بین ابرها جوانه می زند یک کانال پلاسمایی رسانا - رهبر. در ناحیه یک میدان الکتریکی قوی متولد می شود، که مطمئناً برای یونیزه کردن هوا با برخورد الکترون کافی است، اما رهبر باید قسمت اصلی مسیر را که قدرت میدان خارجی (از بار ابرهای رعد و برق است) هموار کند. ) از چند صد ولت در سانتی متر تجاوز نمی کند. با این وجود، طول کانال رهبر افزایش می‌یابد، به این معنی که یونیزاسیون شدید در سر آن رخ می‌دهد و هوای خنثی را به یک پلاسمای بسیار رسانا تبدیل می‌کند. این امکان پذیر است زیرا خود رهبر میدان قوی خود را حمل می کند. توسط یک بار حجمی متمرکز در ناحیه سر کانال ایجاد می شود و همراه با آن حرکت می کند. عملکرد یک هادی، اتصال گالوانیکی سر لیدر با نقطه شروع رعد و برق، توسط کانال پلاسمای لیدر انجام می شود. رهبر برای مدت طولانی رشد می کند، تا 0.01 ثانیه - یک ابدیت در مقیاس پدیده های زودگذر تخلیه الکتریکی پالسی. در تمام این مدت، پلاسما در کانال باید رسانایی بالایی داشته باشد. این بدون گرم کردن گاز تا دمای نزدیک به دمای قوس الکتریکی (بیش از 5000-6000 کلوین) غیرممکن است. سوال از تعادل انرژی در کانال، که برای

گرم کردن او و جبران ضررها - یکی از مهمترین موارد در تئوری رهبر.

رهبر عنصر ضروری هر رعد و برق است. در یک شعله ور چند جزئی، نه تنها اولین، بلکه تمام اجزای بعدی نیز با فرآیند رهبر شروع می شوند. بسته به قطبیت رعد و برق، جهت توسعه آن و تعداد مؤلفه (اولین یا هر یک از موارد بعدی)، مکانیسم رهبر ممکن است تغییر کند، اما ماهیت پدیده یکسان می ماند. این شامل تشکیل یک کانال پلاسمایی با رسانایی بسیار بالا به دلیل تقویت موضعی میدان الکتریکی در مجاورت سر رهبر است.

مرحله اصلی رعد و برق(ضربه برگشتی) از لحظه تماس رهبر با زمین یا یک شی زمین شده شروع می شود. اغلب این تماس مستقیم نیست. از بالای جسم، کانال رهبر خود، به نام رهبر ضد، می تواند بلند شود و به سمت رهبر رعد و برق حرکت کند. ملاقات آنها آغاز مرحله اصلی است. هنگام حرکت در شکاف ابر به زمین، سر رهبر رعد و برق دارای پتانسیل بالایی بود که با پتانسیل یک طوفان تندری قابل مقایسه است.

ابرها در نقطه شروع رعد و برق (آنها در افت ولتاژ در کانال متفاوت هستند). پس از تماس، سر لیدر پتانسیل زمین را می گیرد و بار آن به زمین تخلیه می شود. با گذشت زمان، همین اتفاق برای دیگران نیز می افتد.

بخش هایی از کانال با پتانسیل بالا این "تخلیه" از طریق انتشار موج خنثی سازی بار رهبر از طریق کانال از زمین به ابر اتفاق می افتد. سرعت موج به سرعت نور، تا 108 متر بر ثانیه نزدیک می شود. بین جبهه موج و زمین از طریق کانال جریان دارد

یک جریان قوی که باری را از بخش های "تخلیه" کانال به زمین می رساند. دامنه جریان به توزیع پتانسیل اولیه در طول کانال بستگی دارد. به طور متوسط، نزدیک به 30 کیلو آمپر و برای بیشتر است

رعد و برق قدرتمند به 200-250 کیلو آمپر می رسد. انتقال چنین جریان قوی با آزاد شدن شدید انرژی همراه است. به همین دلیل، گاز موجود در کانال به سرعت گرم می شود و منبسط می شود. موج ضربه ای رخ می دهد رعد و برق یکی از مظاهر آن است. از نظر انرژی، مرحله اصلی قدرتمندترین است. همچنین با سریعترین تغییر در جریان مشخص می شود. شیب افزایش آن می تواند از 1011 A / s تجاوز کند - از این رو تابش الکترومغناطیسی بسیار قدرتمندی که با تخلیه رعد و برق همراه است. به همین دلیل است که یک رادیو یا تلویزیون فعال به شدت به طوفان رعد و برق واکنش نشان می دهد.

تداخل، و این در فواصل ده ها کیلومتر رخ می دهد.

پالس های فعلی مرحله اصلی نه تنها اولین، بلکه تمام اجزای بعدی رعد و برق رو به پایین را نیز همراهی می کنند. این بدان معنی است که رهبر هر جزء بعدی، یکی را که به سمت زمین حرکت می کند شارژ می کند.

کانال، و در مرحله اصلی بخشی از این شارژ خنثی و توزیع مجدد می شود. رعد و برق های بلند نتیجه برهم نهی امواج صوتی برانگیخته شده توسط پالس های فعلی کل جمعیت است.

اجزای بعدی برای صاعقه صعودی، تصویر تا حدودی متفاوت است. اولین مؤلفه رهبر

از نقطه ای با پتانسیل صفر شروع می شود. با رشد کانال، پتانسیل هد به تدریج تغییر می کند تا زمانی که روند لیدر در جایی در اعماق ابر رعد و برق کند شود. این با هیچ تغییر سریع شارژ همراه نیست و بنابراین اولین جزء صاعقه صعودی دارای اصلی است

مرحله از دست رفته است فقط در اجزای بعدی مشاهده می شود که از قبل از ابر شروع می شوند و به سمت زمین حرکت می کنند، هیچ تفاوتی با اجزای بعدی رعد و برق نزولی ندارند.

از نظر علمی، مرحله اصلی رعد و برق بین ابرها بسیار مورد توجه است. این واقعیت که وجود دارد با صدای رعد و برق مشخص می شود که صدای آن کمتر از هنگام تخلیه به زمین نیست. واضح است که رهبر رعد و برق بین ابرها از جایی در حجم یک ناحیه باردار یک ابر رعد و برق (یک سلول رعد و برق) شروع می شود و در جهت علامت مخالف دیگری حرکت می کند. نواحی باردار در ابر را نمی توان به هیچ وجه به عنوان نوعی اجسام رسانا شبیه صفحات خازن فشار قوی نشان داد، زیرا بارهای موجود در آن در حجمی به شعاع صدها متر توزیع می شوند و بر روی آن قرار دارند. قطرات کوچک آب و کریستال های یخ (هیدرومتر) که با یکدیگر تماس ندارند. ظهور مرحله اصلی به شیوه خود جوهر فیزیکیلزوماً شامل تماس رهبر صاعقه با یک بدنه بسیار رسانا با ظرفیت الکتریکی بالا، قابل مقایسه با یا ظرفیت بزرگتررهبر. باید فرض کرد که در خلال تخلیه رعد و برق بین ابری، نقش چنین جسمی توسط کانال پلاسمایی دیگری که به طور همزمان بوجود آمده و سپس با کانال اول تماس می گیرد، ایفا می کند.

در اندازه گیری های نزدیک به سطح زمین، پالس جریان مرحله اصلی به طور متوسط ​​در حدود 10-4 ثانیه به نصف مقدار دامنه کاهش می یابد. گسترش این پارامتر بسیار زیاد است - انحراف از میانگین در هر جهت تقریباً به یک مرتبه بزرگی می رسد. پالس های جریان صاعقه مثبت، به عنوان یک قاعده، طولانی تر از پالس های منفی هستند، و پالس های اجزای اول طولانی تر از موارد بعدی هستند.

پس از مرحله اصلی، یک جریان کمی متغیر در حد 100 A می تواند از کانال صاعقه به مدت صدم و گاهی حتی دهم ثانیه عبور کند.در این مرحله نهایی جریان پیوسته، کانال صاعقه حالت رسانایی خود را حفظ می کند و دما در سطح قوس نگه داشته می شود. یک مرحله جریان پیوسته ممکن است به دنبال هر جزء رعد و برق، از جمله اولین جزء صاعقه بالادست که مرحله اصلی ندارد، باشد. گاهی اوقات در برابر پس زمینه جریان پیوسته

انفجار جریان با مدت زمان حدود 3-10 ثانیه و دامنه تا 1 کیلو آمپر مشاهده می شود. آنها با افزایش روشنایی درخشش کانال همراه هستند.

5. زیپ های خطی

رعد و برق خطی گسترده ای که هر شخصی بارها با آن روبرو می شود مانند یک خط انشعاب به نظر می رسد. شدت جریان در کانال رعد و برق خطی به طور متوسط ​​60 - 170 کیلو آمپر است، رعد و برق با جریان 290 کیلو آمپر ثبت شد. یک رعد و برق متوسط ​​انرژی 250 کیلووات ساعت (900 مگاژول) را حمل می کند. انرژی عمدتاً در قالب انرژی های نور، گرما و صدا تحقق می یابد.

ترشح در چند هزارم ثانیه ایجاد می شود. در چنین جریان های بالایی، هوا در منطقه کانال رعد و برق تقریباً فوراً تا دمای 30000-33000 درجه سانتیگراد گرم می شود. در نتیجه فشار به شدت افزایش می یابد ، هوا منبسط می شود - یک موج ضربه ای رخ می دهد که با صدا همراه است. تکانه - رعد و برق.

قبل و در هنگام رعد و برق گاهی اوقات زمان تاریکبر بالای اجسام نوک تیز (قله درختان، دکل ها، قله های صخره های تیز در کوه ها، صلیب کلیساها، صاعقه گیرها، گاهی اوقات در کوه ها بر روی سر مردم، دست های برافراشته یا حیوانات) می توان درخششی به نام "St. آتش های المو». این نام در زمان های قدیم توسط ملوانانی که درخشش بالای دکل های کشتی های بادبانی را مشاهده می کردند، داده می شد. درخشش به این دلیل به وجود می آید که در اجسام بلند و نوک تیز، قدرت میدان الکتریکی ایجاد شده توسط بار الکتریکی ساکن ابر بسیار زیاد است. در نتیجه، یونیزاسیون هوا شروع می شود، تخلیه درخشندگی رخ می دهد و زبانه های درخشنده مایل به قرمز ظاهر می شوند، گاهی کوتاه و دوباره بلند می شوند. هیچ تلاشی برای خاموش کردن این آتش سوزی ها نباید انجام شود احتراق وجود ندارد در شدت میدان الکتریکی بالا، ممکن است پرتوی از رشته های درخشان ظاهر شود - تخلیه تاج، که با صدای خش خش همراه است. رعد و برق خطی نیز می تواند گاهی اوقات در غیاب ابرهای رعد و برق رخ دهد. تصادفی نیست که این ضرب المثل مطرح شد - "رعد و برق از آسمان صاف".

رعد و برق خط

6. فرآیندهای فیزیکی در هنگام تخلیه صاعقه.

رعد و برق نه تنها از یک ابر به زمین، یا از یک شی زمین‌دار به یک ابر، بلکه از اجسام جدا شده از زمین (هواپیما، موشک و غیره) شروع می‌شود. داده‌های تجربی مربوط به خود رعد و برق به تلاش‌ها برای روشن کردن مکانیسم‌های این فرآیندها کمک چندانی نمی‌کند. تقریبا هیچ مشاهده ای وجود ندارد که جوهر فیزیکی پدیده ها را روشن کند. بنابراین، لازم است طرح‌های گمانه‌زنی بسازیم که به طور فعال نتایج آزمایش و تئوری یک جرقه طولانی آزمایشگاهی را شامل شود. رعد و برق از نظر منشأ فیزیکی بسیار جالب است، اما مهمتر از همه مهم است که مرحله اصلی رعد و برق را با جزئیات در نظر بگیرید.

جی مرحله اصلی یا فرآیند تخلیه کانال رعد و برق از لحظه ای شروع می شود که شکاف بین ابر و زمین توسط رهبر نزولی بسته شود. پس از لمس زمین یا یک جسم زمین، کانال رهبر (برای قطعیت، بگذارید یک رهبر منفی باشد) باید پتانسیل صفر آنها را بدست آورد، زیرا ظرفیت زمین "بی نهایت" است. پتانسیل صفر نیز کانال رهبر صعودی را به دست می آورد که ادامه "همزاد" آن از یک نزولی است. اتصال به زمین کانال لیدر، که دارای پتانسیل بالایی است، با تغییر شدید شارژ توزیع شده در طول آن همراه است. قبل از شروع مرحله اصلی، شارژ τ 0 = C 0 در طول کانال توزیع شد. در اینجا و در ادامه، پتانسیل «اولیه» برای مرحله اصلی که به زمین آورده شده است با Ui نشان داده می شود. مانند قبل، آن را در طول هر دو لیدر ثابت در نظر می گیریم، بدون توجه به افت ولتاژ در طول کانال، که برای اهداف ما اهمیت کمی دارد. اجازه دهید فرض کنیم که در طول مرحله اصلی و همچنین در مرحله رهبر، کانال را می توان با ظرفیت Co مشخص کرد که در طول و یا در زمان تغییر نمی کند. هنگامی که کل کانال پتانسیل صفر را به دست آورد (U = 0)، بار خطی برابر با τ 1 = -CоUo (x) می شود. بخشی از کانال متعلق به رهبر نزولی منفی نه تنها بار منفی خود را از دست می دهد، بلکه یک بار مثبت نیز به دست می آورد (Uo 0). نه تنها تخلیه می کند، بلکه شارژ نیز می کند. کانال رهبر صعودی مثبت مزدوج در بالای ابر بار مثبت بیشتری پیدا می کند (شکل را ببینید). تغییر در بار خطی در طول مرحله اصلی Δτ = τ-τ o = -С o U i. هنگامی که U i (x) = const، تغییر شارژ در کل طول کانال یکسان است. گویی یک هادی بلند (خط بلند) که از قبل به یک Ui ولتاژ شارژ شده است، کاملاً تخلیه شده است.

اندازه‌گیری‌های نزدیک به زمین نشان می‌دهند که کانال رهبر رو به پایین با جریان بسیار قوی تخلیه می‌شود. در مورد رعد و برق منفی، پالس جریان مرحله اصلی با دامنه IM ~ 10-100 کیلو آمپر 50-100 میکرو ثانیه در سطح 0.5 طول می کشد. تقریباً در همان زمان، یک بخش روشن کوتاه، سر کانال اصلی، که به وضوح در اسکن های عکاسی قابل مشاهده است، از کانال عبور می کند. سرعت او v r≈(1-0.5)s تنها چندین برابر کمتر از سرعت نور است. طبیعی است که این را به عنوان انتشار یک موج تخلیه در طول کانال تفسیر کنیم، یعنی. امواج کاهش پتانسیل و ظهور یک جریان قوی. در ناحیه جبهه موج، جایی که پتانسیل به شدت از U i افت می کند و یک جریان قوی تشکیل می شود، به دلیل انرژی آزاد کننده شدید، کانال رهبر سابق تا دمای بالا (طبق اندازه گیری ها تا 30) گرم می شود. -35 کیلوکیلو). زیرا جلوی موج بسیار درخشان می درخشد. در پشت آن، کانال، منبسط می شود، خنک می شود و با از دست دادن انرژی در برابر تشعشع، ضعیف تر می درخشد. فرآیند مرحله اصلی شباهت زیادی با تخلیه یک خط طولانی معمولی تشکیل شده توسط یک هادی فلزی دارد.

تخلیه خط همچنین دارای ویژگی موجی است و این فرآیند به عنوان نمونه اولیه در شکل گیری ایده ها در مورد مرحله اصلی رعد و برق عمل می کند. کانال رعد و برق بسیار سریعتر از زمانی که در طول رشد خود با سرعت رهبران شارژ می شد تخلیه می شود. v ل 10 -3 -10 -2)v r. اما تغییرات بار پتانسیل و خطی در هنگام شارژ و دشارژ به همان ترتیب است: τ o =∆t. با توجه به سرعت، کانال تخلیه می شود v t / v l ~ 10 2 -10 3 برابر جریان قوی تر i M ~ ∆tv r از رهبر i L ~ t 0 V L ~ 100 A. مقاومت خطی کانال R 0 تقریبا کاهش می یابد. به همان میزان در انتقال از مرحله رهبر به مرحله اصلی. دلیل کاهش مقاومت، گرم شدن کانال در هنگام عبور جریان قوی است که باعث افزایش رسانایی پلاسما می شود. بنابراین، مقاومت های کانال و منطقه استریمر که جریان یکسانی از آن عبور می کند نیز قابل مقایسه است. این بدان معناست که همان ترتیب بزرگی انرژی در واحد طول کانال رهبر تلف می شود و بر حسب پارامترهای رهبر بیان می شود.

این نشان می دهد همچنین معلوم می شود که میانگین میدان الکتریکی در کانال رهبر و پشت موج تخلیه در کانال از قبل تبدیل شده به همان ترتیب است. این با نتیجه‌گیری مشابهی مطابقت دارد که می‌توان با در نظر گرفتن مستقیم حالات ثابت در کانال‌های رهبر و مراحل اصلی رعد و برق گرفت. وضعیت در آنجا شبیه به حالت قوس ثابت است. اما در قوس های جریان بالا، میدان در کانال در واقع به شدت به جریان وابسته است. از آنچه گفته شد، چنین برمی‌آید که اگر در لیدر و، پس در حالت پایدار در پشت جبهه موج صحنه اصلی باید وجود داشته باشد، و مقاومت اهمی کل کانال رعد و برق به طول چندین کیلومتر حدوداً مشخص شود. 102 اهم این قابل مقایسه با امپدانس موج یک خط طولانی کاملا رسانا در هوای Z است، در حالی که برای یک کانال رهبر با طول یکسان، امپدانس دو مرتبه بزرگتر از Z است. اگر مقاومت کانال تغییر نکرد، در سطح باقی می ماند. رهبر، موج تخلیه کانال رعد و برق بدون عبور از بخش کوچکی از کانال مرطوب و پخش می شود. جریان عبوری از نقطه زمین به زمین کانال نیز خیلی سریع تحلیل می‌رود. تجربه خلاف این را نشان می دهد: سر نورانی قابل مشاهده دارای یک جلوی تیز است و جریان زیادی در نزدیکی زمین در تمام مدت طلوع آن ثبت می شود. تبدیل کانال رهبر در طول عبور موج، که منجر به کاهش شدید مقاومت خطی آن می شود، کل روند مرحله اصلی رعد و برق را تعیین می کند.

عوامل خطرناک قرار گرفتن در معرض رعد و برق

با توجه به اینکه رعد و برق با جریان، ولتاژ و دمای تخلیه بالا مشخص می شود، تأثیر رعد و برق بر روی یک فرد، به عنوان یک قاعده، به عواقب بسیار جدی ختم می شود - معمولاً مرگ. سالانه حدود 3000 نفر بر اثر صاعقه در جهان جان خود را از دست می دهند و موارد شکست همزمان چند نفر مشخص است.

تخلیه صاعقه مسیری را طی می کند که کمترین مقاومت الکتریکی را داشته باشد. از آنجایی که فاصله بین یک جسم بلند و یک ابر رعد و برق، و در نتیجه مقاومت الکتریکی، کوچکتر است، صاعقه معمولاً به اجسام بلند برخورد می کند، اما نه لزوما. به عنوان مثال، اگر دو دکل را در کنار هم قرار دهید - یکی فلزی و دیگری چوبی بالاتر، احتمالاً رعد و برق به دکل فلزی برخورد می کند، اگرچه کمتر است، زیرا رسانایی الکتریکی فلز بیشتر است. رعد و برق همچنین به مناطق رسی و مرطوب بسیار بیشتر از مناطق خشک و شنی برخورد می کند، زیرا اولی ها رسانای الکتریکی بیشتری هستند.

به عنوان مثال، در جنگل، رعد و برق نیز به صورت انتخابی عمل می کند. درختی در اثر برخورد صاعقه شکافته می شود. مکانیسم این امر به شرح زیر است: شیره درخت و رطوبت در ناحیه تخلیه فورا تبخیر و منبسط می شود و فشارهای زیادی ایجاد می کند.

که چوب را می شکنند. اثر مشابه، همراه با پراکندگی تراشه ها، می تواند هنگام برخورد صاعقه به دیوار یک سازه چوبی رخ دهد. بنابراین، قرار گرفتن در زیر یک درخت بلند در هنگام رعد و برق خطرناک است.

در هنگام رعد و برق قرار گرفتن روی آب یا نزدیک آن خطرناک است. آب و زمین نزدیک آب دارای رسانایی الکتریکی بالایی هستند. همزمان در داخل در هنگام رعد و برق ساختمان های بتن آرمه، ساختمان های فلزی (مثلاً گاراژهای فلزی) برای انسان بی خطر است.

رعد و برق خطی علاوه بر آسیب رساندن به افراد و حیوانات، اغلب باعث آتش سوزی جنگل ها و همچنین ساختمان های مسکونی و صنعتی به ویژه در مناطق روستایی می شود.

در هنگام رعد و برق، بودن در شهر کمتر از خطر است فضای باز، از آنجایی که سازه های فولادی و ساختمان های بلند عملکرد خوبی به عنوان صاعقه گیر دارند.

یک سطح رسانای الکتریکی کاملاً یا نیمه بسته، به اصطلاح "محفظه فارادی" را تشکیل می دهد که هیچ پتانسیل قابل توجه و خطرناکی برای انسان نمی تواند در آن شکل بگیرد. بنابراین، مسافران داخل یک ماشین با بدنه تمام فلزی، یک تراموا، یک اتوبوس واگن برقی، یک واگن قطار در هنگام رعد و برق در امان هستند تا زمانی که به بیرون بروند یا شروع به باز کردن پنجره‌ها کنند.

صاعقه می تواند به هواپیما برخورد کند، اما از آنجایی که هواپیماهای مدرن تماما فلزی هستند، مسافران به خوبی از برخورد با تخلیه محافظت می شوند.

آمار نشان می دهد که برای 5000-10000 ساعت پرواز یک بار رعد و برق به یک هواپیما برخورد می کند، خوشبختانه تقریباً تمام هواپیماهای آسیب دیده به پرواز ادامه می دهند. در میان علل مختلف سوانح هوایی مانند یخبندان، باران شدید، مه، برف، طوفان، گردباد، رعد و برق جایگاه آخر را به خود اختصاص می دهد، اما با این حال پرواز هواپیما در هنگام رعد و برق ممنوع است.

رعد و برق تقریباً همیشه در هنگام طوفان رعد و برق به برج ایفل معروف پاریس برخورد می کند، اما این خطری برای افراد حاضر در عرشه رصد ایجاد نمی کند، زیرا. شبکه فلزی روباز برج یک محفظه فارادی را تشکیل می دهد که محافظت عالی در برابر صاعقه الکتریکی است.

نشانه ای که نشان می دهد شما در میدان الکتریکی قرار دارید می تواند موی سر ایستاده باشد که شروع به ایجاد یک تروق خفیف می کند. اما این فقط موهای خشک است.

اگر صاعقه به شما برخورد کرد، اما همچنان قادر به فکر کردن هستید، باید در اسرع وقت به پزشک مراجعه کنید. پزشکان بر این باورند که فردی که پس از رعد و برق زنده مانده است، حتی بدون سوختگی شدید در سر و بدن، متعاقباً می تواند عوارضی را به شکل انحراف در فعالیت قلبی عروقی و عصبی از هنجار دریافت کند.

برخورد صاعقه به برج ایفل، عکس 1902

8. رعد و برق چند وقت یکبار برخورد می کند؟

صاعقه به سازه های زمینی برخورد می کند. از تجربه روزمره مشخص است که صاعقه اغلب به سازه های مرتفع برخورد می کند، به ویژه آنهایی که بر مناطق اطراف مسلط هستند. در دشت، بیشترین ضربه ها به دکل های ایستاده، برج ها، دودکش هاو غیره. در مناطق کوهستانی، ساختمان‌های کم ارتفاع اغلب اگر بر روی تپه‌های بلند جداگانه یا بالای یک کوه قرار گیرند، آسیب می‌بینند. در سطح دنیوی، توضیح برای این ساده است: برای تخلیه الکتریکی، که رعد و برق است، راحت تر است که فاصله کوتاه تری را از یک جسم بلندتر مسدود کند. به عنوان مثال، یک دکل با ارتفاع 30 متر در اروپا به طور متوسط ​​0.1 رعد و برق در سال دارد (یک بار در 10 سال)، در حالی که برای یک جسم 100 متری منفرد تقریباً 10 برابر بیشتر است. با نگرش دقیق تر، چنین وابستگی شدید تعداد ضربه ها به ارتفاع دیگر بی اهمیت به نظر نمی رسد. میانگین ارتفاع نقطه شروع یک رعد و برق رو به پایین حدود 3 کیلومتر است و حتی ارتفاع 100 متری تنها 3 درصد از فاصله ابر و زمین است. انحناهای تصادفی طول کل مسیر را ده برابر قوی‌تر تغییر می‌دهند. باید بپذیریم که مرحله نهایی سطح توسعه رعد و برق با برخی از فرآیندهای خاص که کاملاً سفت و سخت آخرین بخش مسیر را از پیش تعیین می کنند، متمایز می شود. این فرآیندها منجر به جهت گیری رهبر نزولی، جذب او به اشیاء بلند می شود.

از تجربه مشاهدات علمی رعد و برق، می توان از وابستگی تقریبا درجه دوم تعداد ضربات صحبت کرد. نم از ارتفاع ساعتاشیاء متمرکز (دارند ساعتبسیار بزرگتر از تمام اندازه های دیگر)؛ برای موارد طولانی، طول من، مانند خط بالاییانتقال نیرو، ن M ~ h i . این نشان دهنده وجود برخی شعاع انقباض صاعقه معادل است آر اوه~ ساعت همه رعد و برق ها با فاصله r R از جسم به صورت افقی جابجا می شوند اوهدر آن می افتند، بقیه می گذرند. چنین طرح جهت گیری ابتدایی به طور کلی منجر به نتیجه صحیح می شود. برای رتبه بندی، می توانید استفاده کنید آر اوه~ 3 ساعت؛ بر اساس آنها، نقشه های ویژه ای از شدت فعالیت رعد و برق ساخته شده است. در تاندرای اروپایی n m R اوه= 0.3 کیلومتر و برای او

تأثیر در سال، اگر روی رقم متوسط ​​تمرکز کنیم n m = 3.5 کیلومتر -2 سال -1 برآورد برای زمین های صاف و فقط برای اجسام نه چندان بلند h منطقی است.

شکست انسان

شعاع انقباض صاعقه در یک فرد فقط 5-6 متر است، مساحت انقباض بیش از 10-4 کیلومتر مربع نیست. در واقع، صاعقه قربانیان بسیار بیشتری دارد و برخورد مستقیم ربطی به آن ندارد. تجربه بشری بودن در جنگل در هنگام رعد و برق، به ویژه در مناطق باز، نزدیک درختان بلند را توصیه نمی کند. و درست است. یک درخت حدود 10 برابر بلندتر از یک شخص است و صاعقه 100 برابر بیشتر به آن برخورد می کند. با قرار گرفتن در زیر تاج درخت، یک فرد شانس قابل توجهی برای قرار گرفتن در منطقه انتشار جریان صاعقه دارد که ایمن نیست. پس از برخورد صاعقه به بالای درخت، جریان آن من مدر امتداد یک تنه خوب رسانا پخش می شود و سپس از طریق ریشه ها به داخل زمین پخش می شود. ریشه سیستمدرخت مانند یک هادی زمین طبیعی می شود. به دلیل جریان، میدان الکتریکی در زمین ظاهر می شود، جایی که p - مقاومتخاک، j - چگالی جریان. اجازه دهید جریان در خاک کاملاً متقارن جریان داشته باشد. سپس هم پتانسیل ها نیمکره هایی با صفحه قطری در سطح زمین هستند. چگالی جریان در فاصله r از تنه درخت j(r) =،

اختلاف پتانسیل بین نقاط نزدیک برابر است با ∆ U= به عنوان مثال، اگر شخصی در فاصله r ≈ 1 متر از مرکز تنه درخت به سمت درخت بایستد و فاصله بین پاهای او 0.3 m ∆r ≈ باشد، برای یک جریان صاعقه متوسط منمتر\u003d 30 کیلو آمپر، افت ولتاژ در سطح خاک با p \u003d است. این ولتاژ به کف کفش ها اعمال می شود و پس از خرابی بسیار سریع اجتناب ناپذیر آنها - به بدن انسان. این واقعیت که یک فرد رنج خواهد برد، و به احتمال زیاد کشته خواهد شد، بدون شک است - استرسی که بر او وارد می شود بسیار زیاد است. توجه داشته باشید که با ∆r متناسب است. این بدان معناست که ایستادن با پاهای باز بسیار خطرناک تر از ایستادن با پاهای محکم است و دراز کشیدن در امتداد شعاع درخت حتی خطرناک تر است، زیرا در این حالت فاصله بین نقاط انتهایی در تماس با زمین است. برابر قد می شود

شخص بهتر است مانند یک لک لک، روی یک پا یخ بزنید، اما ارائه چنین توصیه ای آسان تر از انجام دادن آن است. به هر حال، صاعقه بیشتر از انسان به حیوانات بزرگ برخورد می کند، همچنین به این دلیل که فاصله بین پاهایشان بیشتر است.

اگر خانه ای با صاعقه گیر دارید و هادی زمینی مخصوصی برای آن ساخته شده است، مطمئن شوید که در هنگام رعد و برق، افرادی در نزدیکی هادی زمین و فرود زمین به آن نباشند. وضعیت در اینجا مشابه همان چیزی است که قبلاً در نظر گرفته شد.

7. قوانین رفتار در هنگام رعد و برق.

ما تقریباً فوراً رعد و برق را می بینیم، زیرا. نور با سرعت 300000 کیلومتر بر ثانیه حرکت می کند. سرعت انتشار صوت در هوا تقریباً 344 متر بر ثانیه است، یعنی. صدا 1 کیلومتر را در 3 ثانیه طی می کند. بنابراین، با تقسیم زمان بر حسب ثانیه بین رعد و برق و اولین صدای رعد و برق که پس از آن رخ می دهد، فاصله را تا محل وقوع رعد و برق بر حسب کیلومتر تعیین می کنیم.

اگر این فواصل زمانی کاهش یابد، رعد و برق نزدیک می شود و لازم است اقدامات لازم برای محافظت در برابر صاعقه انجام شود. رعد و برق زمانی خطرناک است که رعد و برق فوراً دنبال شود، یعنی. یک ابر رعد و برق بالای سر شما قرار دارد و احتمال اصابت صاعقه وجود دارد. اقدامات شما قبل و حین رعد و برق باید به شرح زیر باشد:

از خانه بیرون نروید، پنجره ها، درها و دودکش ها را ببندید، مراقب باشید که هیچ پیش نویسی وجود نداشته باشد که بتواند رعد و برق توپ را جذب کند.

در هنگام رعد و برق، اجاق گاز را گرم نکنید، زیرا. دود خارج شده از دودکش دارای رسانایی الکتریکی بالایی است و احتمال برخورد صاعقه به دودکشی که بالای سقف قرار دارد افزایش می یابد.

رادیو و تلویزیون را از شبکه جدا کنید، از وسایل برقی و تلفن استفاده نکنید (به ویژه برای مناطق روستایی مهم است).

در طول پیاده روی، در نزدیکترین ساختمان پنهان شوید. رعد و برق به ویژه در این زمینه خطرناک است. هنگامی که به دنبال سرپناهی می گردید، سازه فلزی بزرگ یا ساختاری با قاب فلزی را انتخاب کنید. ساختمان مسکونییا ساختمان دیگری که توسط صاعقه گیر محافظت می شود؛ اگر امکان پنهان شدن در ساختمان وجود ندارد، نیازی به پنهان شدن در آلونک های کوچک، زیر درختان تنها نیست.

بر روی تپه ها و مکان های بدون حفاظ باز، نزدیک نرده های فلزی یا مشبک، اشیاء فلزی بزرگ قرار نگیرید. دیوارهای مرطوب, زمین صاعقه گیر;

در صورت عدم وجود پناهگاه، روی زمین دراز بکشید، در حالی که باید به خاک شنی خشک، دور از مخزن ترجیح داده شود.

اگر طوفان رعد و برق شما را در جنگل گرفتار کرد، باید در منطقه‌ای که رشد کوتاهی دارد، پناه بگیرید. شما نمی توانید زیر درختان بلند، به خصوص کاج، بلوط، صنوبر پنهان شوید. بهتر است از یک درخت بلند 30 متر فاصله داشته باشید. توجه داشته باشید که آیا درختان نزدیکی وجود دارد که قبلاً توسط طوفان رعد و برق برخورد کرده باشد یا خیر. در این مورد بهتر است از این مکان دوری کنید. فراوانی درختان مورد اصابت صاعقه نشان می دهد که خاک این منطقه دارای رسانایی الکتریکی بالایی است و صاعقه در این منطقه بسیار محتمل است.

در هنگام رعد و برق نمی توانید روی آب و نزدیک آب باشید - شنا کنید، ماهی بگیرید. لازم است از ساحل دور شوید.

در کوهستان، از پشته های کوه، صخره های سر به فلک کشیده تیز و قله ها دور شوید. هنگام نزدیک شدن به یک طوفان رعد و برق در کوهستان، باید تا حد امکان پایین بروید. اشیاء فلزی - قلاب های کوهنوردی، تبرهای یخ، گلدان ها، در یک کوله پشتی جمع آوری شده و روی یک طناب 20-30 متر پایین تر از شیب قرار بگیرید.

در هنگام رعد و برق ورزش نکنید خارج از منزل، اجرا نکنید، زیرا اعتقاد بر این است که عرق و حرکت سریع رعد و برق را "جذب" می کند.

اگر با دوچرخه یا موتورسیکلت گرفتار طوفان شدید، حرکت را متوقف کنید و در فاصله حدود 30 متری آنها منتظر رعد و برق باشید.

8. فن آوری انرژی رعد و برق.

دانشمندان چینی فناوری استفاده از انرژی رعد و برق را برای اهداف علمی و صنعتی ابداع کرده‌اند.

تسه شیوشو از مؤسسه فیزیک جوی می گوید: «توسعه جدید امکان گرفتن رعد و برق در هوا و هدایت آن به جمع کننده های روی زمین را برای تحقیق و استفاده فراهم می کند.

برای گرفتن رعد و برق از موشک های مجهز به صاعقه گیرهای مخصوص استفاده خواهد شد که به مرکز یک ابر رعد و برق پرتاب خواهند شد. موشک YL-1 قرار است چند دقیقه قبل از اصابت صاعقه به پرواز درآید.

توسعه دهندگان این دستگاه گفتند: "بررسی ها نشان داده است که دقت پرتاب ها 70٪ است."

انرژی رعد و برق و همچنین تشعشعات الکترومغناطیسی که تولید می کند، برای اصلاح ژنتیکی محصولات کشاورزی و تولید نیمه هادی ها استفاده خواهد شد.

علاوه بر این، فناوری جدید خسارت اقتصادی ناشی از رعد و برق را به میزان قابل توجهی کاهش می دهد، زیرا تخلیه ها به مکان های امن می روند. طبق آمار، سالانه حدود هزار نفر بر اثر صاعقه در چین جان خود را از دست می دهند. خسارت اقتصادی ناشی از رعد و برق در چین به 143 میلیون دلار در سال می رسد.

محققان همچنین در تلاشند راهی برای استفاده از رعد و برق در انرژی بیابند. به گفته دانشمندان، یک رعد و برق میلیاردها کیلووات برق تولید می کند. در سراسر جهان، 100 صاعقه در هر ثانیه رخ می دهد - این منبع عظیم الکتریسیته است.

کتابشناسی - فهرست کتب:

Stekolnikov I.K.، فیزیک صاعقه و حفاظت در برابر صاعقه، M. - L.، 1943;

Imyanitov I. M., Chubarina E. V., Shvarts Ya. M., Electricity of clouds, L., 1971;

Renema.py، Lightning.URL: http:// www. رنما. en/ اطلاعات/ رعد و برق_ طبیعت. shtml

تاریخچه رعد و برق. آدرس اینترنتی: http://en.wikipedia.org/wiki/رعد و برق

ایمیانیتوف I.M.، Chobarina E.V.، Shvarts Ya.M. برق ابر. L.، 1971

علم و فناوری: فیزیک. آدرس اینترنتی: http://www.krugosvet.ru/enc/nauka_i_tehnika/fizika/MOLNIYA.html

سازندهای نورانی مستقل در هوای آزاد. آدرس اینترنتی: http://elibrary.ru/item.asp?id=9199806

Bazelyan E.M., Raiser Yu.P. فیزیک صاعقه و حفاظت در برابر صاعقه. مسکو: فیزمتلیت، 2001.

ابرها بال هایشان را باز کردند و خورشید را از روی ما بستند...

چرا گاهی اوقات رعد و برق می شنویم و رعد و برق را هنگام بارندگی می بینیم؟ این شیوع ها از کجا می آیند؟ اکنون به تفصیل در مورد این موضوع صحبت خواهیم کرد.

رعد و برق چیست؟

رعد و برق چیست? این پدیده شگفت انگیز و بسیار مرموز طبیعت است. تقریباً همیشه در هنگام رعد و برق اتفاق می افتد. برخی از مردم شگفت زده می شوند، برخی از مردم می ترسند. شاعران در مورد رعد و برق می نویسند، دانشمندان این پدیده را مطالعه می کنند. اما بسیاری از مسائل حل نشده باقی مانده است.

یک چیز با اطمینان مشخص است - این یک جرقه غول پیکر است. مثل منفجر شدن یک میلیارد لامپ! طول آن بسیار زیاد است - چند صد کیلومتر! و از ما بسیار دور است. به همین دلیل است که ما ابتدا آن را می بینیم و تنها پس از آن می شنویم. رعد "صدای" رعد و برق است. به هر حال، نور سریعتر از صدا به ما می رسد.

و رعد و برق در سیارات دیگر وجود دارد. مثلاً در مریخ یا زهره. رعد و برق معمولی تنها کسری از ثانیه طول می کشد. از چندین دسته تشکیل شده است. رعد و برق گاهی اوقات کاملاً غیرمنتظره ظاهر می شود.

رعد و برق چگونه تشکیل می شود؟

رعد و برق معمولاً در یک ابر رعد و برق در ارتفاعات بالای زمین متولد می شود. ابرهای رعد و برق زمانی ظاهر می شوند که هوا شروع به بسیار گرم شدن می کند. به همین دلیل است که پس از موج گرما، رعد و برق های شگفت انگیزی رخ می دهد. میلیاردها ذره باردار به معنای واقعی کلمه به سمت جایی که از آن منشا می گیرد جمع می شوند. و وقتی تعداد آنها بسیار بسیار زیاد باشد، شعله ور می شوند. رعد و برق از آنجا می آید - از یک ابر رعد و برق. او می تواند به زمین بخورد. زمین او را می کشد. اما می تواند در خود ابر بشکند. همه چیز بستگی به نوع رعد و برق دارد.

رعد و برق چیست؟

رعد و برق انواع مختلفی دارد. و شما باید در مورد آن بدانید. این فقط یک "روبان" در آسمان نیست. همه این "روبان ها" با یکدیگر متفاوت هستند.

رعد و برق همیشه یک ضربه است، همیشه یک تخلیه بین چیزی است. تعداد آنها بیش از ده نفر است! در حال حاضر، ما فقط ابتدایی ترین آنها را نام می بریم و تصاویر رعد و برق را به آنها پیوست می کنیم:

• بین ابر رعد و برق و زمین. این همان "روبان"هایی است که ما به آنها عادت کرده ایم.

بین درخت بلند و ابر. همان "روبان"، اما ضربه در جهت دیگر است.

نوار رعد و برق - زمانی که نه یک "روبان"، بلکه چندین به صورت موازی.

• بین ابر و ابر، یا به سادگی "بازی" در یک ابر. این نوع رعد و برق اغلب در هنگام رعد و برق دیده می شود. فقط باید مراقب باشید.

• رعد و برق های افقی نیز وجود دارند که به هیچ وجه با زمین تماس ندارند. آنها دارای قدرت عظیمی هستند و خطرناک ترین آنها محسوب می شوند

• همه در مورد رعد و برق توپ شنیده اند! افراد کمی آنها را دیده اند. حتی کمتر کسی وجود دارد که دوست دارد آنها را ببیند. و افرادی هستند که وجود خود را باور ندارند. اما گوی های آتشین وجود دارند! عکاسی از چنین رعد و برقی دشوار است. به سرعت منفجر می شود ، اگرچه می تواند "راه برود" ، اما بهتر است فردی در کنار او حرکت نکند - خطرناک است. بنابراین - نه به دوربین اینجا.

• نوعی رعد و برق با نام بسیار زیبا - "آتش های سنت المو". اما واقعاً رعد و برق نیست. این درخششی است که در انتهای یک طوفان رعد و برق بر روی ساختمان های نوک تیز، فانوس ها، دکل های کشتی ظاهر می شود. همچنین یک جرقه، فقط مرطوب نشده و خطرناک نیست. آتش های سنت المو بسیار زیبا هستند.

• رعد و برق آتشفشانی زمانی اتفاق می افتد که یک آتشفشان فوران می کند. خود آتشفشان از قبل شارژ دارد. این احتمالاً همان چیزی است که باعث رعد و برق می شود.

• رعد و برق اسپرایت چیزی است که نمی توانید از زمین ببینید. آنها بر فراز ابرها به وجود می آیند و تاکنون افراد کمی آنها را مطالعه کرده اند. این رعد و برق ها شبیه چتر دریایی هستند.

• رعد و برق نقطه‌دار تقریباً مطالعه نشده است. دیدن آن بسیار نادر است. از نظر بصری، واقعاً مانند یک خط نقطه چین به نظر می رسد - گویی نوار رعد و برق در حال ذوب شدن است.

اینها انواع مختلف رعد و برق هستند. فقط یک قانون برای آنها وجود دارد - تخلیه الکتریکی.

نتیجه.

حتی در دوران باستان، رعد و برق هم نشانه و هم خشم خدایان به حساب می آمد. او قبلاً یک راز بود و اکنون نیز چنین است. مهم نیست که چگونه آن را به کوچکترین اتم ها و مولکول ها تجزیه می کنند! و همیشه به طرز شگفت انگیزی زیباست!