XIII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2021

ВВЕДЕНИЕ.

Что такое молния? Это электрический разряд в атмосфере, сопровождаемый вспышкой света и последующим громом[4]. Часто бывает виден сам светящийся канал разряда, напоминающий разветвляющуюся реку или дерево.

Но не все так просто: для формирования молнии необходимо разделение положительных и отрицательных зарядов в облаке. Механизм возникновения зарядов полностью не изучен, но, однажды образовавшись, заряды разносятся электрическим полем Земли. Положительно заряженные капли и льдинки поднимаются вверх, заряжая верхнюю часть грозового облака, а отрицательно заряженные оказываются внизу. После накопления достаточно больших зарядов происходит искровой разряд. В большинстве случаев разряд проходит между облаками, но нередко происходит разряд между облаком и поверхностью Земли[1][4].

ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ.

Совсем недавно по историческим меркам было открыто электрическое поле Земли и ионные токи, протекающие через земную атмосферу. Также было установлено, что Земля с ее верхними проводящими слоями атмосферы – ионосферой – представляет собой заряженный электрический конденсатор. А ионные токи, протекающие через земную атмосферу, это – токи разряда заряженного конденсатора Земля – ионосферы.[1]
Суммарный ток разряда по всей планете, по некоторым скромным подсчетам, составляет около 1800 А. Несмотря на столь значительный ток разряда, разность потенциалов на обкладках конденсатора не изменяется. Отсюда был сделан совершенно правильный вывод: в природе существует какой‑то генератор электричества, который постоянно подзаряжает наш глобальный конденсатор, компенсируя ток разряда. Тогда и начался поиск это генератора[1].
В 1922 году известный физик, лауреат Нобелевской премии Чарльз Вильсон высказал очень смелое, но совершенно никак не обоснованное предположение, что таким генератором являются грозы, которые заряжают Землю отрицательным зарядом, а ионосферу – положительным. По идее Вильсона, в грозовом облаке находится высоковольтный генератор, который разделяет заряды и направляет отрицательные вниз к земной поверхности, а положительные – вверх к ионосфере. На выходе генератора разность потенциалов достигает нескольких миллионов вольт. По утверждению Вильсона, именно эта разность потенциалов и поддерживает заряд глобального конденсатора неизменным. Идея показалась правдоподобной. Действительно, все грозовые молнии переносят из облаков на Землю отрицательный заряд. Правда, никто никогда не наблюдал, каким образом грозы заряжают ионосферу положительным зарядом. Возникла задача найти этот генератор в указанном месте – в грозовом облаке. И поиски начались[1].

Другой всемирно известный физик, лауреат Нобелевской премии Ричард Фейнман поддержал идею Чарльза Вильсона. В середине прошлого века в своих широко известных «Фейнмановских лекциях по физике» он пишет следующее: «Теперь нужно ответить на вопрос об источнике больших отрицательных токов, которые должны течь от «верха» к земной поверхности, чтобы поддержать ее отрицательный заряд. Где же те батареи, которые это делают? Это гроза или, вернее, молнии. Оказывается, вспышки молний не «разряжают» той разности потенциалов, о которой мы говорили (и как могло бы на первый взгляд показаться). Молнии снабжают Землю отрицательным зарядом. Если мы увидели молнию, то можно поспорить на десять против одного, что она привела на Землю большое количество отрицательных зарядов. Именно грозы заряжают Землю в среднем током в 1800 А электричества, которое затем разряжается в районах с хорошей погодой»[1].

Как видно из приведенной выше цитаты, Фейнман подтвердил идею Вильсона и выдал ее как истину в последней инстанции[1].

Генератор молний.

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[1].

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. Остается невыясненным вопрос: где же тот генератор, который постоянно заряжает электричеством глобальный конденсатор? По-видимому, таким генератором является магнитное поле Земли, которое вращается вместе с Землей в потоке солнечного ветра. Солнечный ветер – это в основном поток заряженных частиц высоких энергий – электронов и ионов водорода. Скорость таких частиц лежит в пределах от 300 км/сек до 1300 км/сек. Магнитное поле Земли каким‑то образом разделяет эти заряженные частицы подобно тому, как разделяются заряды в МГД-генереторе[1].

В  результате вращения Земли восточная часть магнитного поля всегда движется навстречу солнечному ветру, а западная – убегает от него. Эта разность в скорости составляет около 1 км/сек. Следовательно, силы Лоренца, действующие на движущиеся заряды, будут различными на восточной и западной стороне магнитосферы. Очень похоже, что эта разница в силе Лоренца как раз и является генератором атмосферного потенциала[1].

Типы молний

Молнии делятся на разные типы: линейная, горизонтальная, ленточная, пунктирная, шаровая, огни святого Эльма, а также спрайты, эльфы, джеты в верхних слоях атмосферы.

Рис.1. – Огни святого Эльма на лопастях вертолета[6].

Причиной систематических разрушений и аварий становится молния линейного типа, наиболее распространенного из всех.

Рис.2. – Нисходящая линейная молния[5].

На сегодняшний день по сравнению с остальными типами подобных природных явлений она наиболее изучена.  Линейные молнии можно разделить по месту возникновения. Они появляются и развиваются в пространстве между облаком и поверхностью земли. В основном именно такие разряды воздействуют на наземные объекты. Разряды электричества возникают в атмосфере из-за разности потенциалов между частями грозового облака, между облаками или между облаком и землей. Поэтому молния может также развиваться внутри облака или между разными облаками[2].

Рис.3. – восходящая линейная молния.[5]

Заключение

Мы познакомились с тем, что такое молния и гром.

Животворящее солнце, вызывающее все изменения в нашей земной атмосфере, льёт свои лучи на землю и испаряет своим теплом воды. Водяные пары поднимаются вверх и образуют тучи. Нагретый воздух рождает ветер, разбивающий капли дождя, отчего образуются тучи, заряженные положительным или отрицательным электричеством. Огромная электрическая искра, проскакивающая между тучами или тучей и землёй при соединении друг с другом положительного и отрицательного электричества, и есть молния. Сильный удар звука, вызванный мгновенным расширением воздуха, в том месте, где проскочила эта искра, и есть гром[3].

Молния — замечательно красивое и величественное явление природы. Вместе с тем это — грозное явление, обладающее огромной разрушительной силой[3].

Литература

1. https://www.eprussia.ru/epr/198/14078.htm

2.https://ezetek.ru/poleznye-stati/priroda-molnii-chto-takoe-molniya-i-kak-ona-voznikaet

3.https://fis.wikireading.ru/1639

4. https://ru.wikipedia.org/wiki/
5.http://phys.vspu.ac.ru/for%20students/TSOR/Gorbunova/page36.html
6.http://aeronavtika.com/foto/Ogni-svjatogo-Elma

Код для цитирования: Скопировать