Молния - это мощный электрический разряд, возникающий при достаточно сильной электризации облаков или туч между собой или между тучей и землей. Одним из первых это установил американский государственный деятель и ученый Б.Франклин. В 1752 он провел опыт с бумажным змеем, к шнуру которого был прикреплен металлический ключ, и получил от ключа искры во время грозы. С тех пор молния интенсивно изучалась как интересное явление природы, а также из-за серьезных повреждений линий электропередачи, домов и других строений, вызываемых прямым ударом молнии или наведенным ею напряжением.
Причиной молнии является ионизация столкновения, или ударная ионизация. Электрическое поле тучи имеет огромную напряженность - около миллиона В\м. Свободные электроны получают в таком поле огромное ускорение. При столкновении с атомами или молекулами они ионизируют их. В результате возникают лавины быстрых электронов, т.е. происходит электрический разряд. Ударная ионизация приводит к образованию светящегося плазменного канала, по которому проходит импульс основного тока молнии. Канал ионизированного газа как бы замыкает накоротко две тучи или тучу с землей.
Этот электрический разряд без труда дает начало пожарам, а также является достаточно мощным, чтобы нанести вред здоровью или даже убить человека. Молния также помогает природе помещать азот в землю, который является необходимым для роста растений.
В длину разряд может составлять несколько километров, а по времени продолжаться от долей секунды до одной секунды и более. Молнии всегда сопровождаются громом и яркой вспышкой света. Чаще всего молнии можно наблюдать во время грозы.
Почему канал светится?
Сила электрического тока в канале достигает 100 000 А. Выделяется огромная энергия до миллиарда Дж. Температура канала достигает 10 000 К, что и рождает яркий свет, который мы наблюдаем при разряде молнии. После прохождения основного тока наступает пауза длительностью от 10 до 50 сек. За это время канал практически гаснет, его температура падает до 1000 К. В науке установлено, что и свечение и разогрев плазменного канала развиваются в направлении от земли к туче, поэтому после паузы мощный импульс основного тока распространяется по восстановленному каналу снизу вверх. Паузы между свечениями всего десятки миллисекунд, поэтому несколько мощных импульсов мы воспринимаем как единый разряд молнии, как единую яркую вспышку.
Каковы основные характеристики молнии?
Скорость распространения молнии очень велика. Так от облаков до Земли молния проходит за 0,002 сек, что соответствует скорости 1000 000 м\с. Средняя сила тока разряда 1000А, а общий заряд, переносимый молнией, достигает 100 Кл. Канал молнии очень узкий. Видимый канал имеет диаметр около 1 метра, а внутренний, по которому течет ток - 1 см. Длительность каждого импульса 0,001 сек. Промежутки между импульсами 0,01 сек. Максимальная сила тока в импульсе может превышать 100 000 А. Молния - это пробой конденсатора, у которого диэлектриком является воздух, а обкладками облака и земля. Емкость такого конденсатора невелика, примерно 0,15 мкФ, но запас энергии огромен, так как напряжение достигает миллиарда вольт.
Источники:
- Ланина И.Я. "Ситуации на уроках физики" Л.: 1989,
- - о теориях возникновения молнии, разрядах, многократных молниях и каналах,
- - образование молнии, молния и наука, человек и молния, шаровая молния, меры безопасности, тематические ссылки,
- Также о молнии читайте .