Wiadomość na temat błyskawicy. Jak powstaje piorun

Jeszcze niedawno czyste, bezchmurne niebo pokryły się chmurami. Spadły pierwsze krople deszczu. I wkrótce żywioły pokazały swoją moc ziemi. Grzmoty i błyskawice przeszyły burzowe niebo. Skąd się biorą takie zjawiska? Przez wiele stuleci ludzkość widziała w nich przejaw boskiej mocy. Dziś już wiemy o występowaniu takich zjawisk.

Pochodzenie chmur burzowych

Chmury pojawiają się na niebie w wyniku kondensacji unoszącej się wysoko nad ziemią i unoszą się w powietrzu. Chmury są cięższe i większe. Przynoszą ze sobą wszystkie „efekty specjalne”, które towarzyszą złej pogodzie.

Chmury burzowe różnią się od zwykłych chmur tym, że są naładowane energią elektryczną. Co więcej, istnieją chmury z ładunkiem dodatnim i są chmury z ładunkiem ujemnym.

Aby zrozumieć, skąd pochodzą grzmoty i błyskawice, musisz wznieść się wyżej nad ziemię. Na niebie, gdzie nie ma przeszkód do swobodnego lotu, wiatry wieją mocniej niż na ziemi. To oni prowokują szarżę w chmurach.

Pochodzenie grzmotów i błyskawic można wytłumaczyć tylko jedną kroplą wody. Ma dodatni ładunek elektryczny w środku i ładunek ujemny na zewnątrz. Wiatr rozbija go na kawałki. Jeden z nich pozostaje z ładunkiem ujemnym i ma mniejszą wagę. Cięższe, dodatnio naładowane krople tworzą te same chmury.

Deszcz i prąd

Zanim na burzowym niebie pojawią się grzmoty i błyskawice, wiatr dzieli chmury na dodatnie i ujemne. Deszcz padający na ziemię zabiera ze sobą część energii elektrycznej. Pomiędzy chmurą a powierzchnią ziemi powstaje przyciąganie.

Ujemny ładunek chmury będzie przyciągał dodatni ładunek na ziemi. Atrakcja ta będzie rozmieszczona równomiernie na wszystkich wzniesionych powierzchniach, które przewodzą prąd.

A teraz deszcz stwarza wszystkie warunki do pojawienia się grzmotów i błyskawic. Im wyżej obiekt znajduje się w stosunku do chmury, tym łatwiej piorun się do niego przebije.

Pochodzenie błyskawicy

Pogoda przygotowała wszelkie warunki, które sprawią, że pojawią się wszystkie jej skutki. Stworzyła chmury, z których wychodzą grzmoty i błyskawice.

Dach naładowany elektrycznością ujemną przyciąga ładunek dodatni najbardziej wzniesionego obiektu. Jego ujemna energia elektryczna trafi do ziemi.

Obydwa te przeciwieństwa mają tendencję do wzajemnego przyciągania się. Im więcej prądu jest w chmurze, tym więcej znajduje się w obiekcie najwyżej wzniesionym.

Gromadząc się w chmurze, prąd może przedrzeć się przez warstwę powietrza znajdującą się pomiędzy nią a obiektem i pojawi się iskrząca błyskawica i grzmot.

Jak rozwija się błyskawica

Kiedy szaleje burza, nieustannie towarzyszą jej błyskawice i grzmoty. Najczęściej iskra pochodzi z ujemnie naładowanej chmury. Rozwija się stopniowo.

Najpierw niewielki strumień elektronów wypływa z chmury kanałem skierowanym w stronę ziemi. W tym miejscu chmury gromadzą się elektrony poruszające się z dużą prędkością. Z tego powodu elektrony zderzają się z atomami powietrza i rozbijają je. Otrzymuje się pojedyncze jądra i elektrony. Ci ostatni również pędzą na ziemię. Poruszając się wzdłuż kanału, wszystkie elektrony pierwotne i wtórne ponownie dzielą stojące na ich drodze atomy powietrza na jądra i elektrony.

Cały proces przypomina lawinę. Porusza się w górę. Powietrze nagrzewa się i jego przewodność wzrasta.

Coraz więcej prądu z chmury spływa na ziemię z prędkością 100 km/s. W tym momencie piorun uderza w ziemię. Wzdłuż wytyczonej przez lidera drogi prąd zaczyna płynąć jeszcze szybciej. Następuje wyładowanie o ogromnej sile. Osiągając szczyt, wyładowanie maleje. Kanał nagrzany tak silnym prądem świeci. I błyskawica staje się widoczna na niebie. Takie wyładowanie nie trwa długo.

Po pierwszym wyrzucie często następuje drugi, wzdłuż ułożonego kanału.

Jak pojawia się grzmot?

Grzmoty, błyskawice i deszcz są nierozłączne podczas burzy.

Grzmot pojawia się z następującego powodu. Prąd w kanale piorunowym generowany jest bardzo szybko. Powietrze staje się bardzo gorące. To sprawia, że się rozszerza.

Dzieje się to tak szybko, że przypomina eksplozję. Taki szok gwałtownie wstrząsa powietrzem. Wibracje te prowadzą do pojawienia się głośnego dźwięku. To stąd pochodzą błyskawice i grzmoty.

Gdy tylko prąd z chmury dotrze do ziemi i zniknie z kanału, bardzo szybko się ochładza. Sprężanie powietrza powoduje również grzmoty.

Im więcej piorunów przechodzi przez kanał (może ich być nawet 50), tym dłuższe są wstrząsy powietrza. Dźwięk ten odbija się od przedmiotów i chmur i pojawia się echo.

Dlaczego między błyskawicą a grzmotem jest przerwa?

Podczas burzy po błyskawicy następują grzmoty. Opóźnienie od błyskawicy wynika z różnych prędkości ich ruchu. Dźwięk przemieszcza się ze stosunkowo małą prędkością (330 m/s). To tylko 1,5 razy szybciej niż porusza się nowoczesny Boeing. Prędkość światła jest znacznie większa niż prędkość dźwięku.

Dzięki temu odstępowi można określić, jak daleko od obserwatora znajdują się błyskawice i grzmoty.

Na przykład, jeśli między błyskawicą a grzmotem upłynęło 5 s, oznacza to, że dźwięk przebył 330 m 5 razy. Mnożąc, łatwo obliczyć, że piorun od obserwatora znajdował się w odległości 1650 m. Jeśli burza przechodzi bliżej niż 3 km od człowieka, uważa się ją za bliską. Jeśli odległość, zgodnie z pojawieniem się błyskawicy i grzmotu, jest większa, wówczas burza jest odległa.

Błyskawica w liczbach

Grzmoty i błyskawice zostały zmodyfikowane przez naukowców, a wyniki ich badań prezentowane są opinii publicznej.

Stwierdzono, że różnica potencjałów poprzedzająca błyskawicę sięga miliardów woltów. Siła prądu w momencie rozładowania sięga 100 tysięcy A.

Temperatura w kanale dochodzi do 30 tysięcy stopni i przewyższa temperaturę na powierzchni Słońca. Z chmur na ziemię piorun przemieszcza się z prędkością 1000 km/s (w czasie 0,002 s).

Wewnętrzny kanał, którym przepływa prąd, nie przekracza 1 cm, choć widoczny sięga 1 m.

Na całym świecie nieustannie występuje około 1800 burz. Szansa na śmierć przez piorun wynosi 1:2000000 (to samo, co śmierć w wyniku upadku z łóżka). Szansa zobaczenia pioruna kulistego wynosi 1 na 10 000.

Piorun kulisty

Na drodze do badania, skąd w przyrodzie biorą się grzmoty i błyskawice, najbardziej tajemniczym zjawiskiem jest błyskawica kulista. Te okrągłe wyładowania ogniowe nie zostały jeszcze w pełni zbadane.

Najczęściej kształt takiej błyskawicy przypomina gruszkę lub arbuza. Trwa to do kilku minut. Pojawia się pod koniec burzy w postaci czerwonych kępek o średnicy od 10 do 20 cm. Największa błyskawica kulowa, jaką kiedykolwiek sfotografowano, miała około 10 m średnicy. Wydaje brzęczący, syczący dźwięk.

Może zniknąć cicho lub z lekkim hukiem, pozostawiając zapach spalenizny i dym.

Ruch błyskawicy nie jest zależny od wiatru. Do zamkniętych przestrzeni wciągają je okna, drzwi, a nawet szczeliny. W przypadku kontaktu z człowiekiem powodują poważne oparzenia, które mogą być śmiertelne.

Do tej pory przyczyny pojawienia się pioruna kulistego nie były znane. Nie jest to jednak dowód na jego mistyczne pochodzenie. Prowadzone są w tym zakresie badania, które mogą wyjaśnić istotę tego zjawiska.

Zaznajomiwszy się ze zjawiskami takimi jak grzmoty i błyskawice, można zrozumieć mechanizm ich występowania. Jest to spójny i dość złożony proces fizyczny i chemiczny. Jest to jedno z najciekawszych zjawisk naturalnych, które występuje wszędzie i dlatego dotyka niemal każdego człowieka na planecie. Naukowcy rozwiązali zagadki prawie wszystkich rodzajów błyskawic, a nawet je zmierzyli. Piorun kulisty jest dziś jedyną nierozwiązaną zagadką natury w zakresie powstawania takich zjawisk naturalnych.

Piorun to potężne wyładowanie elektryczne. Występuje, gdy chmury lub ziemia są silnie naelektryzowane. Dlatego wyładowania atmosferyczne mogą wystąpić albo wewnątrz chmury, albo pomiędzy sąsiednimi naelektryzowanymi chmurami, albo pomiędzy naelektryzowaną chmurą a ziemią. Wyładowanie atmosferyczne poprzedza wystąpienie różnicy potencjałów elektrycznych pomiędzy sąsiednimi chmurami lub pomiędzy chmurą a ziemią.

Elektryzacja, czyli powstawanie sił przyciągających o charakterze elektrycznym, jest dobrze znana każdemu z codziennego doświadczenia.

Jeśli czeszesz czyste, suche włosy plastikowym grzebieniem, zaczynają one być do nich przyciągane, a nawet iskrzyć. Następnie grzebień może przyciągać również inne małe przedmioty, na przykład małe kawałki papieru. Zjawisko to nazywa się elektryfikacja poprzez tarcie.

Co powoduje, że chmury się elektryzują? Przecież nie ocierają się o siebie, jak to się dzieje, gdy na włosach i na grzebieniu tworzy się ładunek elektrostatyczny.

Chmura burzowa to ogromna ilość pary, której część jest skondensowana w postaci maleńkich kropelek lub kry lodu. Szczyt chmury burzowej może znajdować się na wysokości 6-7 km, a dno może wisieć nad ziemią na wysokości 0,5-1 km. Powyżej 3-4 km chmury składają się z kry różnej wielkości, ponieważ temperatura jest tam zawsze poniżej zera. Te kawałki lodu znajdują się w ciągłym ruchu, spowodowanym wznoszącymi się prądami ciepłego powietrza znad nagrzanej powierzchni ziemi. Małe kawałki lodu są łatwiej unoszone przez wznoszące się prądy powietrza niż duże. Dlatego „zwinne” małe kawałki lodu, przemieszczające się na szczyt chmury, nieustannie zderzają się z dużymi. Każde takie zderzenie prowadzi do elektryfikacji. W tym przypadku duże kawałki lodu są naładowane ujemnie, a małe - dodatnio. Z biegiem czasu dodatnio naładowane małe kawałki lodu trafiają na szczyt chmury, a ujemnie naładowane duże kawałki na dno. Innymi słowy, górna część chmury burzowej jest naładowana dodatnio, a dolna część jest naładowana ujemnie.

Pole elektryczne chmury ma ogromne natężenie – około miliona V/m. Kiedy duże, przeciwnie naładowane obszary zbliżają się do siebie wystarczająco blisko, niektóre elektrony i jony przepływające między nimi tworzą świecący kanał plazmowy, przez który pędzą za nimi inne naładowane cząstki. W ten sposób dochodzi do wyładowań atmosferycznych.

Podczas tego wyładowania uwalniana jest ogromna energia - aż do miliarda J. Temperatura kanału sięga 10 000 K, co powoduje powstanie jasnego światła, które obserwujemy podczas wyładowania atmosferycznego. Chmury są stale odprowadzane przez te kanały i widzimy zewnętrzne przejawy tych zjawisk atmosferycznych w postaci błyskawic.

Gorące medium rozszerza się gwałtownie i powoduje falę uderzeniową, postrzeganą jako grzmot.

Sami możemy symulować błyskawicę, nawet miniaturową. Eksperyment należy przeprowadzić w ciemnym pomieszczeniu, w przeciwnym razie nic nie będzie widoczne. Będziemy potrzebować dwóch podłużnych balonów. Napompujmy je i zawiążmy. Następnie uważając, aby się nie stykały, jednocześnie przecieramy je wełnianą szmatką. Powietrze je wypełniające jest naelektryzowane. Jeśli kulki zbliżą się do siebie, pozostawiając między nimi minimalną szczelinę, wówczas iskry zaczną przeskakiwać od jednej do drugiej przez cienką warstwę powietrza, tworząc błyski światła. Jednocześnie usłyszymy słaby trzask – miniaturową kopię grzmotu podczas burzy.

Każdy, kto widział błyskawicę, zauważył, że nie jest to jasno świecąca linia prosta, ale linia przerywana. Dlatego proces tworzenia kanału przewodzącego dla wyładowania piorunowego nazywany jest jego „liderem krokowym”. Każdy z tych „stopni” to miejsce, w którym elektrony rozpędzone do prędkości bliskich prędkościom świetlnym zatrzymywały się w wyniku zderzeń z cząsteczkami powietrza i zmieniały kierunek ruchu.

Zatem piorun jest awarią kondensatora, którego dielektrykiem jest powietrze, a płytami są chmury i ziemia. Pojemność takiego kondensatora jest niewielka - około 0,15 μF, ale rezerwa energii jest ogromna, ponieważ napięcie sięga miliarda woltów.

Jeden piorun składa się zwykle z kilku wyładowań, z których każdy trwa tylko kilka dziesiątych milionowych sekundy.

Pioruny najczęściej pojawiają się w chmurach Cumulonimbus. Pioruny występują także podczas erupcji wulkanów, tornad i burz piaskowych.

Istnieje kilka rodzajów piorunów pod względem kształtu i kierunku wyładowania. Wyładowania mogą wystąpić:

pomiędzy chmurą burzową a ziemią,
pomiędzy dwiema chmurami
wewnątrz chmury,
pozostawiając chmury na rzecz czystego nieba.

Pochodzenie chmur burzowych

Chmury burzowe różnią się od zwykłych chmur tym, że są naładowane energią elektryczną. Co więcej, istnieją chmury z ładunkiem dodatnim i są chmury z ładunkiem ujemnym.

Deszcz i prąd

Ujemny ładunek chmury będzie przyciągał dodatni ładunek na ziemi. Atrakcja ta będzie rozmieszczona równomiernie na wszystkich wzniesionych powierzchniach, które przewodzą prąd.

A teraz deszcz stwarza wszystkie warunki do pojawienia się grzmotów i błyskawic. Im wyżej obiekt znajduje się w stosunku do chmury, tym łatwiej piorun się do niego przebije.

Pochodzenie błyskawicy

Pogoda przygotowała wszelkie warunki, które sprawią, że pojawią się wszystkie jej skutki. Stworzyła chmury, z których wychodzą grzmoty i błyskawice.

Dach naładowany elektrycznością ujemną przyciąga ładunek dodatni najbardziej wzniesionego obiektu. Jego ujemna energia elektryczna trafi do ziemi.

Obydwa te przeciwieństwa mają tendencję do wzajemnego przyciągania się. Im więcej prądu jest w chmurze, tym więcej znajduje się w obiekcie najwyżej wzniesionym.

Gromadząc się w chmurze, prąd może przedrzeć się przez warstwę powietrza znajdującą się pomiędzy nią a obiektem i pojawi się iskrząca błyskawica i grzmot.

Jak rozwija się błyskawica

Kiedy szaleje burza, nieustannie towarzyszą jej błyskawice i grzmoty. Najczęściej iskra pochodzi z ujemnie naładowanej chmury. Rozwija się stopniowo.

Cały proces przypomina lawinę. Porusza się w górę. Powietrze nagrzewa się i jego przewodność wzrasta.

Po pierwszym wyrzucie często następuje drugi, wzdłuż ułożonego kanału.

Jak pojawia się grzmot?

Grzmoty, błyskawice i deszcz są nierozłączne podczas burzy.

Grzmot pojawia się z następującego powodu. Prąd w kanale piorunowym generowany jest bardzo szybko. Powietrze staje się bardzo gorące. To sprawia, że się rozszerza.

Gdy tylko prąd z chmury dotrze do ziemi i zniknie z kanału, bardzo szybko się ochładza. Sprężanie powietrza powoduje również grzmoty.

Im więcej piorunów przechodzi przez kanał (może ich być nawet 50), tym dłuższe są wstrząsy powietrza. Dźwięk ten odbija się od przedmiotów i chmur i pojawia się echo.

Dlaczego między błyskawicą a grzmotem jest przerwa?

Dzięki temu odstępowi można określić, jak daleko od obserwatora znajdują się błyskawice i grzmoty.

Błyskawica w liczbach

Grzmoty i błyskawice zostały zmodyfikowane przez naukowców, a wyniki ich badań prezentowane są opinii publicznej.

Stwierdzono, że różnica potencjałów poprzedzająca błyskawicę sięga miliardów woltów. Siła prądu w momencie rozładowania sięga 100 tysięcy A.

Temperatura w kanale dochodzi do 30 tysięcy stopni i przewyższa temperaturę na powierzchni Słońca. Z chmur na ziemię piorun przemieszcza się z prędkością 1000 km/s (w czasie 0,002 s).

Wewnętrzny kanał, którym przepływa prąd, nie przekracza 1 cm, choć widoczny sięga 1 m.

Piorun kulisty

Może zniknąć cicho lub z lekkim hukiem, pozostawiając zapach spalenizny i dym.

Wyładowania atmosferyczne ( Błyskawica) jest najczęstszym źródłem naturalnie występujących silnych pól elektromagnetycznych. Piorun to rodzaj wyładowania gazowego o bardzo dużej długości iskry. Całkowita długość kanału piorunowego sięga kilku kilometrów, a znaczna część tego kanału znajduje się wewnątrz chmury burzowej. Piorun Przyczyną pioruna jest powstanie dużego objętościowego ładunku elektrycznego.

Zwykły źródło pioruna to burzowe chmury Cumulonimbus, które niosą ze sobą nagromadzenie dodatnich i ujemnych ładunków elektrycznych w górnej i dolnej części chmury i tworzą wokół tej chmury pola elektryczne o rosnącym natężeniu. Powstawanie w chmurze takich ładunków kosmicznych o różnej polaryzacji (polaryzacja chmury) wiąże się z kondensacją w wyniku schładzania pary wodnej wznoszących się strumieni ciepłego powietrza na jonach dodatnich i ujemnych (centra kondensacji) oraz oddzielania naładowanych kropelek wilgoci w chmurze. chmurę pod wpływem intensywnych, wznoszących się strumieni powietrza termicznego. Dzieje się tak dlatego, że w chmurze tworzy się kilka odizolowanych od siebie skupisk ładunków (w dolnej części chmury gromadzą się głównie ładunki o ujemnej polaryzacji).

Wyładowania piorunowe można podzielić na kilka typów na podstawie znaków zewnętrznych. Zwykły typ - piorun liniowy, z odmianami: wstążkową, rakietową, zygzakowatą i rozgałęzioną. Najrzadszym rodzajem wyładowań jest piorun kulisty. Znane są wyładowania zwane „Ogniem Świętego Elma” i „Poświatą Andów”. Piorun zwykle pojawia się wielokrotnie, tj. składa się z kilku pojedynczych wyładowań rozwijających się tą samą drogą, a każdy wyładowanie, podobnie jak wyładowanie uzyskane w warunkach laboratoryjnych, zaczyna się od lidera i kończy wyładowaniem odwrotnym (głównym). Prędkość opadania lidera pierwszego pojedynczego wyładowania wynosi około 1500 km/s, prędkość liderów kolejnych wyładowań sięga 2000 km/s, a prędkość wyładowania zwrotnego waha się w granicach 15000 -150000 km/s, tj. od 0,05 do 0,5 prędkości Sveta. Kanał liderowy, podobnie jak kanał każdego streamera, jest wypełniony plazmą i dlatego ma określoną przewodność.

Górny koniec kanału lidera jest podłączony do jednego z naładowanych ośrodków w chmurze, więc część ładunków tego centrum wpływa do kanału lidera. Rozkład ładunku w kanale powinien być nierównomierny i zwiększać się w kierunku jego końca. Jednakże niektóre pomiary pośrednie sugerują, że wartość bezwzględna ładunku na główce lidera jest niewielka i w pierwszym przybliżeniu można uznać, że kanał jest naładowany równomiernie z liniową gęstością ładunku S. Całkowity ładunek w kanale lidera w tym przypadku jest równa Q = S*l, gdzie l jest długością kanału, a jego wartość wynosi zwykle około 10% wartości ładunku dopływającego do ziemi podczas pojedynczego wyładowania atmosferycznego. W 70-80% wszystkich przypadków ładunek ten ma ujemną polaryzację. W miarę przemieszczania się kanału lidera pod wpływem pola elektrycznego, które wytwarza w ziemi, ładunki przesuwają się, a ładunki o znaku przeciwnym do ładunków lidera (zwykle ładunki dodatnie) mają tendencję do lokalizowania się jak najbliżej głowy lidera kanał. W przypadku gruntu jednorodnego ładunki te gromadzą się bezpośrednio pod kanałem lidera.

Jeżeli gleba jest niejednorodna i jej główna część ma wysoką rezystywność, ładunki koncentrują się w obszarach o wysokiej przewodności (rzeki, wody gruntowe). W obecności uziemionych, wysokich obiektów (piorunochrony, kominy, wysokie budynki, zalane deszczem drzewa) ładunki są przyciągane do góry obiektu, tworząc tam znaczne natężenie pola. Na pierwszych etapach rozwoju kanału lidera o natężeniu pola elektrycznego na jego czele decydują ładunki własne lidera oraz skupiska ładunków kosmicznych zlokalizowane pod chmurą. Trajektoria przywódcy nie jest powiązana z obiektami ziemskimi. Gdy przywódca schodzi na dół, nagromadzenie ładunków na ziemi i na wzniesionych obiektach zaczyna mieć coraz większy wpływ. Zaczynając od pewnej wysokości głowy lidera (wysokości orientacji) natężenie pola w jednym z kierunków okazuje się największe, a lider jest zorientowany w stronę jednego z obiektów naziemnych. Naturalnie w tym przypadku dotyczy to głównie wzniesionych obiektów i obszarów gruntu o zwiększonej przewodności (selektywna podatność). Z bardzo wysokich obiektów w kierunku lidera rozwijają się przeciwprzywódcy, których obecność pomaga skierować błyskawicę w stronę danego obiektu.

Po dotarciu kanału lidera do ziemi lub licznika lidera rozpoczyna się odwrotne wyładowanie, podczas którego kanał lidera uzyskuje potencjał prawie równy potencjałowi ziemi. Na czele rozwijającego się ku górze wyładowania zwrotnego znajduje się obszar o zwiększonym natężeniu pola elektrycznego, pod wpływem którego następuje przebudowa kanału, czemu towarzyszy wzrost gęstości ładunku plazmy z 10^13 - 10 ^14 do 10^16 - 10^19 1/m3, dzięki czemu przewodność kanału wzrasta co najmniej 100 razy. Podczas rozwoju wyładowania zwrotnego przez miejsce uderzenia przepływa prąd iM = v, gdzie v jest prędkością wyładowania zwrotnego. Proces zachodzący podczas przejścia wyładowania lidera do wyładowania zwrotnego jest pod wieloma względami podobny do procesu zwarcia pionowego przewodu naładowanego do masy.

Jeżeli naładowany przewód zostanie podłączony do ziemi poprzez rezystancję r, wówczas prąd w punkcie uziemienia będzie równy: gdzie z = impedancja charakterystyczna przewodu. Zatem nawet podczas wyładowania piorunowego prąd w miejscu uderzenia będzie równy v tylko wtedy, gdy rezystancja uziemienia będzie wynosić zero. Gdy rezystancja uziemienia jest różna od zera, prąd w miejscu uderzenia maleje. Obliczenie tego spadku jest dość trudne, ponieważ impedancję falową kanału piorunowego można oszacować jedynie w przybliżeniu. Istnieją podstawy, aby sądzić, że impedancja charakterystyczna kanału pioruna maleje wraz ze wzrostem prądu, a średnia wartość wynosi około 200 - 300 omów. W tym przypadku, gdy rezystancja uziemienia obiektu zmienia się od 0 do 30 omów, prąd w obiekcie zmienia się tylko o 10%. W dalszej części będziemy nazywać takie obiekty dobrze uziemionymi i zakładać, że przepływa przez nie pełny prąd piorunowy iM = v. Podstawowe parametry piorunów i intensywność działania burzy Pioruny o dużych prądach zdarzają się niezwykle rzadko. Zatem pioruny o prądach 200 kA występują w 0,7...1,0% przypadków ogólnej liczby zaobserwowanych wyładowań.

Liczba przypadków uderzeń pioruna o wartości prądu 20 kA wynosi około 50%. Dlatego zwyczajowo przedstawia się wartości amplitud prądów piorunowych w postaci krzywych prawdopodobieństwa (funkcji rozkładu), dla których wzdłuż osi rzędnych wykreśla się prawdopodobieństwo wystąpienia prądów piorunowych o wartości maksymalnej. Główną cechą ilościową pioruna jest prąd przepływający przez dotknięty obiekt, który charakteryzuje się maksymalną wartością iM, średnim nachyleniem czoła i czasem trwania impulsu ti, który jest równy czasowi, w którym prąd spada do połowy wartości maksymalnej . Obecnie najwięcej danych dostępnych jest na temat maksymalnych wartości prądu piorunowego, którego pomiar przeprowadza się za pomocą najprostszych przyrządów pomiarowych – rejestratorów magnetycznych, którymi są cylindryczne pręty wykonane z opiłków stalowych lub drutów wprasowanych w tworzywo sztuczne. Rejestratory magnetyczne montuje się w pobliżu obiektów wysokich (piorunochrony, podpory linii przesyłowych) i lokalizuje się wzdłuż linii pola magnetycznego powstającego w wyniku przejścia przez obiekt prądu piorunowego. Ponieważ do produkcji rejestratorów używane są materiały o dużej sile koercji, zachowują one duże namagnesowanie szczątkowe.

Mierząc to namagnesowanie, można określić maksymalną wartość prądu magnesowania za pomocą krzywych kalibracyjnych. Pomiary rejestratorami magnetycznymi nie zapewniają dużej dokładności, ale tę wadę częściowo rekompensuje ogromna liczba pomiarów, która obecnie liczy się w dziesiątkach tysięcy. Umieszczając ramkę zamkniętą na cewce indukcyjnej w pobliżu obiektu, na który działa piorun, można zmierzyć nachylenie prądu piorunowego za pomocą rejestratora magnetycznego umieszczonego wewnątrz cewki. Pomiary wykazały, że prądy piorunowe wahają się w szerokim zakresie od kilku kiloamperów do setek kiloamperów, dlatego wyniki pomiarów prezentowane są w postaci krzywych prawdopodobieństwa (rozkładu) prądów piorunowych, na których obliczane jest prawdopodobieństwo wystąpienia prądów piorunowych o wartości maksymalnej przekraczającej wartość wskazane jest wykreślone na osi odciętej.

Na Ukrainie przy obliczaniu ochrony odgromowej stosuje się krzywą.W przypadku obszarów górskich rzędne krzywej zmniejszają się 2-krotnie, ponieważ na krótkich dystansach od ziemi do chmur pioruny występują przy mniejszej gęstości ładunków w skupiskach, tj. prawdopodobieństwo wystąpienia dużych prądów maleje. Znacznie trudniej jest eksperymentalnie określić stromość i czas trwania impulsu prądu piorunowego, dlatego ilość danych eksperymentalnych na temat tych parametrów jest stosunkowo niewielka. Czas trwania impulsu prądu piorunowego zależy głównie od czasu propagacji wyładowania zwrotnego z ziemi do chmury i dlatego waha się w stosunkowo wąskim przedziale od 20 do 80-100 μs. Średni czas trwania impulsu prądu piorunowego jest bliski 50 μs, co zadecydowało o wyborze impulsu standardowego.

Najważniejsze z punktu widzenia oceny odporności piorunowej OZE to: ilość ładunku przenoszonego przez piorun, prąd w kanale pioruna, liczba powtarzających się uderzeń w jednym kanale oraz intensywność działania pioruna. Wszystkie te parametry nie są określone jednoznacznie i mają charakter probabilistyczny. Ładunek przenoszony przez piorun zmienia się podczas procesu wyładowania w zakresie od ułamków kulomba do kilkudziesięciu kulombów. Średni ładunek spadający na ziemię w wyniku powtarzającego się pioruna wynosi 15 - 25 C. Biorąc pod uwagę, że wyładowanie atmosferyczne zawiera średnio trzy składniki, zatem podczas jednego składnika do ziemi przedostaje się około 5 - 8 C. Spośród nich około 60% całej danej kumulacji ładunków wpływa do kanału lidera, co wynosi 3 - 5 C. Uderzenie pioruna w płaskie obszary powierzchni ziemi niesie ładunek o temperaturze 10 - 50 C (średnio 25 C), w przypadku pioruna w górach - ładunek 30 - 100 C (średnio 60 C), z wyładowaniami do telewizora wieże ładunek osiąga 160 C.

Kiedy piorun uderza w ziemię, zdecydowana większość (85–90%) przenosi ładunek ujemny na ziemię. Ładunek wpływający do ziemi podczas wielokrotnych wyładowań atmosferycznych waha się od ułamków kulomba do 100 C lub więcej. Średnia wartość tego ładunku jest bliska 20 C. Wydaje się, że ładunek uwalniany do ziemi podczas burzy odgrywa znaczącą rolę w utrzymaniu ujemnego ładunku gruntu. Intensywność aktywności burzowej w różnych regionach klimatycznych jest bardzo zróżnicowana. Z reguły liczba burz w ciągu roku jest minimalna w regionach północnych i stopniowo wzrasta na południu, gdzie podwyższona wilgotność powietrza i wysokie temperatury przyczyniają się do powstawania chmur burzowych. Jednak ta tendencja nie zawsze jest przestrzegana. Ośrodki aktywności burzowej znajdują się na średnich szerokościach geograficznych (na przykład w obwodzie kijowskim), gdzie powstają sprzyjające warunki do powstawania lokalnych burz.

Intensywność aktywności burzowej charakteryzuje się zazwyczaj liczbą dni burzowych w roku lub całkowitym rocznym czasem trwania burzy w godzinach. Ta ostatnia cecha jest bardziej poprawna, ponieważ liczba uderzeń pioruna w ziemię nie zależy od liczby burz, ale od ich całkowitego czasu trwania. Liczbę dni lub godzin burzowych w roku ustala się na podstawie wieloletnich obserwacji stacji meteorologicznych, których uogólnienie pozwala na narysowanie map aktywności burzowej, na których naniesione są linie o jednakowym czasie trwania burz – linie izokeraniczne . Średni czas trwania burzy w ciągu jednego dnia burzowego na terytorium europejskiej części Rosji i Ukrainy wynosi 1,5-2 godziny.

W ciepłym sezonie dość często zdarzają się burze - imponujące zjawiska naturalne, wywołujące jednak nie tylko ciekawość, ale także strach. Podczas burzy pomiędzy chmurami a Ziemią powstają wyładowania elektryczne, które są wyraźnie widoczne i słyszalne: błyskawice obserwuje się w postaci rozgałęzionych świetlistych linii przecinających niebo, a nieco później słyszymy przetaczający się dźwięk grzmotu. W tym przypadku z reguły występują ulewne deszcze, którym towarzyszą silne wiatry i grad. Burze są jednym z najniebezpieczniejszych zjawisk atmosferycznych: dopiero powodzie wiążą się z większą liczbą ofiar w ludziach niż burze. Zainteresowanie badaniem naturalnej elektryczności pojawiło się już w starożytności. Pierwszym, który zgłębił elektryczną naturę błyskawicy, był Benjamin Franklin, amerykański polityk, ale jednocześnie naukowiec i wynalazca. To on zaproponował pierwszy projekt piorunochronu już w 1752 roku. Spróbujmy dowiedzieć się, jakie niebezpieczeństwo stwarza burza oraz co musisz wiedzieć i robić, aby się chronić.

Jednocześnie na Ziemi występuje około półtora tysiąca burz, średnie natężenie wyładowań szacuje się na 100 uderzeń pioruna na sekundę, czyli ponad 8 milionów dziennie. Burze rozkładają się nierównomiernie na powierzchni planety. Nad oceanem występuje około dziesięć razy mniej burz niż nad kontynentami. Około 78% wszystkich wyładowań atmosferycznych koncentruje się w strefie tropikalnej i równikowej (od 30° szerokości geograficznej północnej do 30° szerokości geograficznej południowej). Maksymalna aktywność burzowa występuje w Afryce Środkowej. W obszarach polarnych Arktyki i Antarktyki oraz nad biegunami burze praktycznie nie występują. Intensywność burz podąża za słońcem, przy czym maksymalne burze występują latem (na średnich szerokościach geograficznych) oraz w godzinach popołudniowych w ciągu dnia. Najmniej odnotowanych burz występuje przed wschodem słońca. Na burze mają również wpływ cechy geograficzne obszaru: silne ośrodki burzowe znajdują się w górzystych regionach Himalajów i Kordyliery.

Podczas burzy między chmurami a Ziemią powstaje ogromne napięcie, osiągające wartość 1000000000 V. Przy tym napięciu powietrze ulega jonizacji, zamieniając się w plazmę i następuje gigantyczne wyładowanie elektryczne o prądzie dochodzącym do 300 000 A. Temperatura plazmy w piorunie przekracza 10 000 ° C. Błyskawica objawia się jako jasny błysk światła i fala uderzeniowa dźwięku, którą słychać nieco później jako grzmot. Piorun jest również niebezpieczny, ponieważ może uderzyć zupełnie niespodziewanie, a jego droga może być nieprzewidywalna. Jednak odległość do frontu burzy oraz prędkość jego zbliżania się lub wycofywania można łatwo określić za pomocą stopera. Aby to zrobić, musisz wykryć czas między błyskawicą a grzmotem. Prędkość dźwięku w powietrzu wynosi około 340 m/s, więc jeśli usłyszysz grzmot 10 sekund po błysku światła, oznacza to, że front burzowy jest oddalony o około 3,4 km. Mierząc w ten sposób czas pomiędzy błyskiem światła a grzmotem, a także czas pomiędzy różnymi uderzeniami piorunów, można określić nie tylko odległość do nich, ale także prędkość zbliżania się lub cofania frontu burzowego:

gdzie to prędkość dźwięku, to czas między błyskiem światła a grzmotem pierwszej błyskawicy, to czas między błyskiem światła a grzmotem drugiej błyskawicy, to czas między błyskawicą. Jeśli wartość prędkości okaże się dodatnia, oznacza to, że front burzowy się zbliża, a jeśli jest ujemna, to się oddala. Należy wziąć pod uwagę, że kierunek wiatru nie zawsze pokrywa się z kierunkiem ruchu burzy.

Jeśli znajdziesz się w burzy, powinieneś przestrzegać kilku prostych zasad, aby się chronić:

Po pierwsze, podczas burzy zaleca się unikać otwartych przestrzeni. Jest bardziej prawdopodobne, że piorun uderzy w najwyższy punkt; jest to właśnie ten punkt, w którym znajduje się samotna osoba na polu. Jeśli z jakiegoś powodu zostaniesz sam na polu podczas burzy, ukryj się w jakimkolwiek możliwym zagłębieniu: rowie, zagłębieniu lub najniższym miejscu na polu, przykucnij i pochyl głowę. Należy pamiętać, że gleby piaszczyste i kamieniste mają niższą przewodność elektryczną, co oznacza, że są bezpieczniejsze od gleb gliniastych. Nie należy chować się pod odizolowanymi drzewami, gdyż to one są przede wszystkim podatne na uderzenia piorunów. A jeśli jesteś w lesie, najlepiej ukryć się pod nisko rosnącymi drzewami o gęstej koronie.

Po drugie podczas burzy unikaj wody, ponieważ naturalna woda jest dobrym przewodnikiem prądu. Uderzenie pioruna rozprzestrzenia się wokół zbiornika wodnego w promieniu około 100 metrów. Często trafia na banki. Dlatego podczas burzy należy oddalić się od brzegu i nie można pływać ani łowić ryb. Ponadto podczas burzy wskazane jest pozbycie się metalowych przedmiotów. Zegarki, łańcuszki, a nawet parasol otwarty nad głową są potencjalnymi celami strajku. Znane są przypadki uderzenia pioruna w pęk kluczy w kieszeni.

Trzeci, jeśli burza zastanie cię w samochodzie, to całkiem dobrze chroni przed piorunem, ponieważ nawet gdy uderzy piorun, wyładowanie następuje na powierzchni metalu. Dlatego zamknij okna, wyłącz radio i nawigator GPS. Nie dotykaj żadnych metalowych części samochodu. Rozmawianie przez telefon komórkowy podczas burzy jest bardzo niebezpieczne. Najlepiej wyłączyć go podczas burzy. Zdarzały się przypadki, gdy połączenie przychodzące było spowodowane uderzeniem pioruna. Rower i motocykl, w przeciwieństwie do samochodu, nie uchronią Cię przed burzą. Należy zejść z pojazdu, postawić pojazd na podłożu i oddalić się od niego na odległość około 30 m.

W przyrodzie występują różne rodzaje wyładowań atmosferycznych: liniowe (naziemne, wewnątrzchmurowe, pioruny w górnych warstwach atmosfery) oraz błyskawice kuliste – formacje świetlne unoszące się w powietrzu, wyjątkowo rzadkie zjawisko naturalne. Jeśli natura błyskawicy liniowej jest jasna, a jej zachowanie bardziej przewidywalne, to natura błyskawicy kulistej nadal kryje wiele tajemnic. Mimo że prawdopodobieństwo trafienia człowieka piorunem kulistym jest niewielkie, stwarza to jednak poważne zagrożenie, gdyż nie ma niezawodnych metod i zasad ochrony przed nim.

Zachowanie błyskawicy kulistej jest nieprzewidywalne. Może nagle pojawić się w dowolnym miejscu, także w pomieszczeniu. Zdarzały się przypadki wyładowań atmosferycznych w słuchawce telefonicznej, maszynce do golenia, włączniku, gniazdku lub głośniku. Dość często przedostaje się do budynków przez rury, otwarte okna i drzwi. Znane są przypadki, gdy piorun kulisty przedostał się do pomieszczenia przez wąskie szczeliny, a nawet dziurkę od klucza. Wymiary błyskawicy kulowej mogą być różne: od kilku centymetrów do kilku metrów. W większości przypadków piorun kulisty z łatwością unosi się lub toczy nad ziemią, czasami skacząc, ale może również unosić się nad powierzchnią ziemi. Według naocznych świadków piorun kulisty reaguje na wiatr, przeciąg, wznoszące się i opadające prądy powietrza. Ale nie zawsze tak jest: zdarzają się przypadki, gdy piorun kulisty w żaden sposób nie reaguje na prądy powietrzne.

Piorun kulisty może nagle pojawić się i równie nagle zniknąć, nie powodując szkody dla osoby ani obiektu. Na przykład może wlecieć do okna i wylecieć z pokoju przez otwarte drzwi lub komin, przelatując obok ciebie. Należy jednak wiedzieć, że każdy kontakt z człowiekiem prowadzi do poważnych obrażeń, oparzeń, a w większości przypadków do śmierci. Dlatego też, jeśli zobaczysz błyskawicę kulistą, najbezpieczniejszym rozwiązaniem będzie odsunięcie się od niej jak najdalej.

Ponadto często wybucha piorun kulisty. Powstała fala uderzeniowa powietrza może zranić osobę lub doprowadzić do zniszczenia. Znane są na przykład przypadki wybuchów piorunów w piecach i kominach, które doprowadziły do poważnych zniszczeń. Temperatura wewnątrz pioruna kulistego sięga 5000°C, może więc spowodować pożar. Statystyki dotyczące zachowania piorunów kulistych wskazują, że w 80% przypadków eksplozje nie były niebezpieczne, ale w 10% eksplozji nadal występowały poważne konsekwencje.

Stosując proponowaną metodę sugerujemy obliczyć odległość do wyładowania piorunowego i jego prędkość, jeżeli pierwszy grzmot słychać było 20 sekund po zaobserwowaniu pierwszego błyskawicy, a drugi 15 sekund po zaobserwowaniu drugiego pioruna. Czas pomiędzy błyskawicami wynosi 1 minutę.