Vad är blixtnedslag och hur uppstår det?

Åskmolns ursprung

Dimma som stiger högt över marken består av vattenpartiklar och bildar moln. Större och tyngre moln kallas cumulusmoln. Vissa moln är enkla – de orsakar inte blixtar eller åska. Andra kallas åskväder eftersom de skapar ett åskväder, bildar blixtar och åska. Åskmoln skiljer sig från vanliga regnmoln genom att de är laddade med elektricitet: vissa är positiva, andra är negativa.

Hur bildas åskmoln? Alla vet hur stark vinden är under ett åskväder. Men ännu starkare luftvirvlar bildas högre över marken, där skogar och berg inte hindrar luftens rörelse. Denna vind genererar mestadels positiv och negativ elektricitet i molnen.

Det finns positiv elektricitet i mitten av varje droppe, och en lika stor mängd negativ elektricitet finns längs droppens yta. Fallande regndroppar fångas upp av vinden och faller ner i luftströmmar. Vinden slår droppen med kraft och bryter den i bitar.I detta fall laddas droppens lösgjorda yttre partiklar med negativ elektricitet.

Den återstående större och tyngre delen av droppen laddas med positiv elektricitet. Den del av molnet där tunga droppar samlas är laddad med positiv elektricitet. Regnet som faller från molnet överför en del av molnets elektricitet till marken och därmed skapas en elektrisk attraktion mellan molnet och marken.

I fig. 1 visar fördelningen av elektricitet i ett moln och på jordens yta. Om ett moln laddas med negativ elektricitet, kommer jordens positiva elektricitet att fördelas över ytan av alla förhöjda föremål som leder elektrisk ström. Ju högre föremål som står på marken, desto mindre är avståndet mellan toppen och botten av molnet och desto mindre luftlager blir det kvar här, vilket ger ifrån sig motsatt elektricitet. Det är uppenbart att blixten lättare tränger ner i marken på sådana ställen. Vi kommer att berätta mer om detta senare.

Ris. 1. Distribution av el i ett åskmoln och markobjekt

Vad orsakar blixten?

När man närmar sig ett högt träd eller hus verkar ett åskmoln laddat med elektricitet på det. I fig. 1 moln laddat med negativ elektricitet drar positiv elektricitet till taket, och husets negativa elektricitet kommer att gå ner i marken.

Både elektricitet – i molnet och på husets tak – tenderar att attrahera varandra. Om det är mycket el i molnet, så bildas mycket el på huset genom påverkan.

Precis som inkommande vatten kan erodera en damm och rusa in i en ström, översvämma en dal i dess obegränsade rörelse, så kan elektricitet, som alltmer ackumuleras i ett moln, så småningom bryta igenom det luftlager som skiljer den från jordens yta och rusa ner till jorden, till den motsatta el. En kraftig urladdning kommer att inträffa - en elektrisk gnista kommer att glida mellan molnet och huset.

Det här är blixten som slår ner i huset. Blixtarladdningar kan uppstå inte bara mellan ett moln och marken, utan också mellan två moln laddade med olika typer av elektricitet.

Ju starkare vinden är, desto snabbare laddas molnet med elektricitet. Vinden lägger ner en viss mängd arbete, som går åt till att separera den positiva och negativa elektriciteten.

Hur utvecklas blixten?

Oftast kommer blixten som slår ner i marken från moln laddade med negativ elektricitet. Blixtnedslag från ett sådant moln utvecklas på detta sätt.

Först börjar små mängder elektroner strömma från molnet till marken, i en smal kanal, och bildar en sorts ström i luften.

I fig. 2 visar denna initiering av blixtbildning. I den del av molnet där kanalen börjar bildas har elektroner med hög rörelsehastighet ackumulerats, vilket gör att de, som kolliderar med luftatomer, bryter upp dem i kärnor och elektroner.

Ris. 2. Blixtar börjar bildas i ett moln

Elektronerna som frigörs i detta fall rusar också till marken och, igen när de kolliderar med luftens atomer, separerar dem.Det är som att snön faller i bergen, när en liten klump, som rullar ner, växer sig täckt med snöflingor som fastnar på den, och, påskyndar flygningen, blir en stor lavin.

Och här fångar elektronlavinen nya luftvolymer och delar dess atomer i bitar. I det här fallet värms luften upp, och när temperaturen ökar ökar dess ledningsförmåga. Den förvandlas från en isolator till en ledare. Genom den resulterande ledande kanalen av luft från molnet börjar elektriciteten rinna mer och mer. Elektriciteten närmar sig jorden med en enorm hastighet och når 100 kilometer per sekund.

På hundradelar av en sekund når lavinen av elektroner marken. Detta avslutar bara den första, så att säga, "förberedande" delen av blixten: blixten har tagit sig till marken. Den andra, stora delen av Lightnings utveckling återstår ännu. Den betraktade delen av blixtformationen kallas ledaren. Detta främmande ord betyder "ledare" på ryska. Guiden gav plats för den andra, kraftigare delen av blixten; denna del kallas huvuddelen. Så fort kanalen når marken börjar elektricitet strömma genom den mycket häftigare och snabbare.

Nu finns det ett samband mellan den negativa elektriciteten som samlats i kanalen och den positiva elektriciteten som fallit till marken med regndroppar, och genom elektrisk verkan sker en urladdning av elektricitet mellan molnet och marken. En sådan urladdning är en elektrisk ström av enorm styrka - denna styrka är mycket större än strömstyrkan i ett konventionellt elektriskt nätverk.

Strömmen som flyter i kanalen ökar mycket snabbt, och efter att ha nått maximal styrka börjar den gradvis minska.Blixtkanalen genom vilken en så stark ström flyter värms upp mycket och lyser därför starkt. Men tiden för strömflödet i en blixturladdning är mycket kort. Urladdningen varar i mycket små bråkdelar av en sekund och därför är den elektriska energin som produceras under urladdningen relativt liten.

I fig. 3 visar den gradvisa rörelsen av åskledaren mot marken (de tre första siffrorna till vänster).

Ris. 3. Gradvis utveckling av åskledaren (de tre första siffrorna) och dess huvuddel (sista tre siffrorna).

De sista tre figurerna visar separata ögonblick för bildandet av den andra (huvud) delen av blixten. En person som tittar på blixten skulle naturligtvis inte kunna skilja dess guide från huvuddelen, eftersom de följer varandra extremt snabbt, på samma väg.

Efter att ha kopplat två olika typer av el bryts strömmen. Vanligtvis stannar inte blixten där. Ofta rusar en ny ledare omedelbart längs vägen som utbröts av det första kastet, och bakom honom, på samma väg, är återigen ögondelen av kastet. Detta slutför den andra urladdningen.

Det kan finnas upp till 50 sådana separata kategorier, som var och en består av sin egen ledare och huvudkropp. Oftast är det 2-3 av dem. Uppkomsten av separata urladdningar gör blixten intermittent, och ofta ser en person som tittar på blixten att den flimrar. Det är detta som får blixten att flimra.

Tiden mellan bildandet av separata utsläpp är mycket kort. Det överstiger inte hundradelar av en sekund. Om antalet urladdningar är mycket stort, kan blixtens varaktighet nå en hel sekund eller till och med flera sekunder.

Vi har bara övervägt en typ av blixt, som är den vanligaste.Denna blixt kallas linjär blixt eftersom den ser ut för blotta ögat som en linje – ett smalt, ljust band av vitt, ljusblått eller ljust rosa.

Linjeblixten har en längd från hundratals meter till många kilometer. Blixtens väg är vanligtvis sicksack. Blixten har ofta många grenar. Som redan nämnts kan linjära blixtladdningar förekomma inte bara mellan molnet och marken, utan också mellan molnen.

Bollblixt

Förutom linjära finns det dock mycket mindre ofta andra typer av blixtar. Vi kommer att överväga en av dem, den mest intressanta — bollblixt.

Ibland finns det blixtarladdningar som är eldklot. Hur kulblixt bildas har ännu inte studerats, men de tillgängliga observationerna av denna intressanta typ av blixtnedslag tillåter oss att dra några slutsatser.

Oftast är bollblixten formad som en vattenmelon eller ett päron. Det varar relativt länge - från en bråkdel av en sekund till flera minuter.

Den vanligaste varaktigheten av bollblixtar är 3 till 5 sekunder. Oftast uppträder bollblixtar i slutet av ett åskväder i form av röda glödande bollar med en diameter på 10 till 20 centimeter. I mer sällsynta fall är den också stor. Till exempel fotograferades en blixt med en diameter på cirka 10 meter.

Bollen kan ibland vara bländande vit och ha mycket skarpa konturer. Kulblixtar gör vanligtvis ett väsande, surrande eller väsande ljud.

Bollblixtar kan blekna tyst, men den kan avge ett svagt sprakande eller till och med en öronbedövande explosion. När den försvinner lämnar den ofta en skarp luktande dimma. Nära marken eller inomhus rör sig bollblixtar med en löpande mans hastighet - ungefär två meter per sekund.Den kan ligga kvar i vila ett tag, och en sådan "fast" boll väser och kastar gnistor tills den försvinner. Ibland verkar bollblixtar drivas av vinden, men vanligtvis är dess rörelse oberoende av vinden.

Kulblixtar lockas till slutna utrymmen, där de tränger in genom öppna fönster eller dörrar, och ibland även genom små sprickor. Rör är ett bra sätt för dem; det är därför det ofta kommer eldklot ur ugnar i kök. Efter att ha rest runt i rummet lämnar blixtbollen rummet och går ofta ut längs samma väg som den gick in.

Ibland stiger och faller blixten två eller tre gånger på avstånd från några centimeter till några meter. Samtidigt med dessa upp- och nedgångar rör sig eldklotet ibland i horisontell riktning, och då verkar bollblixten göra hopp.

Ofta "sätter sig" bollblixtar på ledningar, föredrar de högsta punkterna, eller rullar längs ledningar, till exempel längs dräneringsrör. När de rör sig längs människors kroppar, ibland under kläder, orsakar eldklot allvarliga brännskador och till och med dödsfall. Det finns många beskrivningar av fall av dödlig skada på människor och djur av blixten. Värmeblixtar kan orsaka mycket allvarliga skador på byggnader.

Var slår blixten ner?

Eftersom blixten är en elektrisk urladdning genom isolatorns tjocklek - luft, uppstår det oftast där luftskiktet mellan molnet och något föremål på jordens yta blir mindre. Direkta observationer visar detta: blixtar tenderar att slå ner i höga klocktorn, master, träd och andra höga föremål.

Men blixten rusar inte bara till höga föremål.Från två intilliggande master av samma höjd, den ena av trä och den andra av metall, och som står inte långt från varandra, kommer blixtar att rusa till metallen. Detta kommer att hända av två skäl: För det första leder metall elektricitet mycket bättre än trä, även när det är vått. För det andra är metallmasten väl ansluten till marken och elektricitet från marken kan flöda mer fritt till masten under ledarutveckling.

Den senare omständigheten används ofta för att skydda olika byggnader från blixtnedslag. Ju större yta metallmasten har i kontakt med marken, desto lättare är det för elektricitet från molnet att passera ner i marken.

Detta kan jämföras med hur en ström av vätska hälls genom en tratt till en flaska. Om öppningen i tratten är tillräckligt stor går strålen rakt ner i flaskan. Om öppningen i tratten är liten börjar vätskan rinna över kanten på tratten och hällas ut på golvet.

Blixten kan slå ner även på en plan yta av jorden, men samtidigt rusar den där jordens elektriska ledningsförmåga är större. Så, till exempel, våt lera eller kärr träffas av blixten tidigare än torr sand eller stenig torr jord. Av samma anledning slår blixten ner mot floder och bäckar och föredrar dem framför höga men torra träd som tornar upp sig nära dem.

Denna egenskap hos blixten - att rusa till väljordade och välledande kroppar - används ofta för att implementera olika skyddsanordningar.