Как зарождается молния и как защититься от ее последствий

Природа зарождения молнии. Природа молнии до конца не изучена. Она всегда вызывала страх у людей и относится к одним из самых опасных для человека природных явлений. Мало кому удается выжить после поражения молнией. Лишь в тех случаях, когда поражение производится не основной частью молнии, а её ответвлением, можно отделаться сильными лишь ожогами и увечьями, а иногда остаться невредимым. Вот примеры. Российский академик Г. В. Рихман — в 1753 году погиб от удара молнии. 1 октября 1868 года во время грозы в окрестности французского города Бонелло семь человек спрятались под громадным буком. Ударившая в дерево молния убила одну женщину, остальные же люди отделались только испугом. Одежда убитой была изорвана в мелкие клочки, из них некоторые были найдены висящими на дереве. Американский майор Саммерфорд умер после продолжительной болезни (результат удара третьей молнией). Очередная молния полностью разрушила его памятник на кладбище. В человека или животное молния попадает редко. И всё же в местностях с большим количеством гроз от удара молнии ежегодно умирает 10-11 человек из каждого миллиона жителей. В связи с тем, что поверхность земли заряжена отрицательно, потенциал в воздухе положителен, а на достаточно большой высоте 50 км электропроводимость становиться велика и воздух превращается в проводник. Слой повышенной проводимости называется ионосферой. Это происходит из-за ионизации воздуха на высоте космическими лучами и увеличении возможности свободного пробега ионов. Разность потенциалов между поверхностью земли и верхним слоем атмосферы приблизительно 400 000 В, а под действием этого напряжения, постоянно из верхних слоев в нижние течет электрический ток около 1800А, что соответствует плотности 10-12 А/м2.  Что поддерживает отрицательный заряд поля земли? В основном (до 90%) молнии вызывают большие отрицательные токи, создающие отрицательное электрическое поле земли. Длина молнии до 2-5 км, а некоторые разряды простираются на расстояние до 20 км. На земле в разных ее точках в сутки гремит до 300 гроз, поэтому на земном шаре происходит постоянное перераспределение величины заряда поля земли. Таким образом, в целом поле земли постоянно отрицательно по отношению к верхним слоям атмосферы с переменной величиной заряда. Рассмотрим природу зарождения молнии. Грозовое облако образуется при подъеме теплого влажного воздуха и конденсации его в огромное количество пара, который преобразовывается или в мельчайшие капельки воды или в льдинки. Верх грозового облака может находиться на высоте 6-12 км, а низ нависать над землей на высоте 5-1 км. Выше 3-4 км, так как температура там всегда ниже нуля, облака состоят из льдинок разного размера. Так как мелкие льдинки легче крупных, то они увлекаются восходящими потоками теплого воздуха, нагретого от земли, и поэтому "шустрые" мелкие льдинки, двигаясь в верхнюю часть облака, постоянно сталкиваются с крупными. При каждом таком столкновении происходит электризация, при которой крупные льдинки заряжаются отрицательно, а мелкие - положительно. Таким образом, положительно заряженные мелкие льдинки оказываются в верхней части облака, а отрицательно заряженные крупные - внизу. Другими словами, верх грозового облака заряжен положительно, а низ - отрицательно. А так как величина потенциала земли в районе грозы меньше потенциала низа грозового облака, то между нижней частью тучи и землей образуется разность потенциалов в 20-100 млн. Вольт. Все готово для разряда, при котором происходит пробой воздуха и отрицательный заряд с нижней части грозовой тучи перетекает на Землю. В момент разряда электроны направляются к земле, разгоняясь до околосветовых скоростей и образуют проводящий канал. Проводящий канал формируется следующим образом. Первоначально в центре облака образуется разряд низкой яркости - нисходящий лидер, направленный к земле и не зависящий от ее рельефа.  При продвижении нисходящего лидера к земле напряженность поля на его конце увеличивается и одновременно в направлении к грозовой туче образуются восходящие (встречные) лидеры. Место удара и момент возникновения проводящего канала определяется соприкосновением восходящего лидера с нисходящим. Восходящие лидеры возбуждаются с высоких точек сооружений, гор и т.п., у вершин которых электрическое поле во время грозы резко увеличивается по вышеописанным причинам. Возникновение разряда определяет появление устойчивого восходящего лидера. Процесс образования проводящего канала молнии является ступенчатым. Каждая из таких "ступенек" - это место, где разогнавшиеся электроны из-за столкновений с молекулами воздуха изменяют направление движения. Это явление называется "ступенчатый лидер". Из-за этого мы наблюдаем ломаную форму молнии. Момент встречи лидеров – это и есть молния – явление, сопровождающееся яркой вспышкой и звуком грома. Из вышеописанного ясно, что для защиты от молнии необходимо управлять моментом встречи лидеров. Момент возникновения нисходящего лидера зависит от состояния атмосферы и процессов внутри облака, поэтому им управлять нельзя. Моментом же возникновения восходящего лидера можно управлять. На этом принципе строятся различные системы молниезащит, о чем и будет следующая наша статья.

Размещено компанией ООО "Электротехническая компания ПМНК" [17.02.2010]