Грозы в Удмуртии в теплое время года – обычное дело. Но знаете ли вы, что молния может ударить снизу вверх? Или что она способна создавать гамма-излучение, пробивать стены и даже формировать стеклянные корни под землей? IZHLIFE расспросил Булата Сибгатуллина, к.т.н., доцента кафедры «Электротехника» приборостроительного факультета ИжГТУ имени М. Т. Калашникова, о самом опасном природном разряде.
Молния – разряд огромной мощности
Молния – одно из самых зрелищных и мощных природных явлений. Но за этой ослепительной вспышкой скрывается сложный физический процесс, связанный с накоплением и разрядом электричества в атмосфере.
Все начинается в грозовом облаке. Внутри него постоянно движутся капли воды, ледяные кристаллы и снежинки. При столкновениях они обмениваются электрическими зарядами: верхняя часть облака постепенно заряжается положительно, а нижняя – отрицательно. Это создает огромное электрическое поле как внутри самого облака, так и между ним и землей.
Чем сильнее становится это поле, тем больше напряжение. И вот наступает момент, когда воздух – обычно отличный изолятор – уже не выдерживает и превращается в проводник. Через него «прорывается» канал разряда – и мы видим яркую вспышку, которую называем молнией .
Молния может быть внутриоблачной, а может ударить в землю – тогда она называется наземной. В любом случае это мощный электрический разряд, который может достигать длины в несколько километров.
Булат Сибгатуллин
Интересный факт, что молния – одно из первых природных явлений, в которых человек заметил проявление электричества. Наблюдая за грозами с древнейших времен, люди пытались понять, что вызывает этот огненный удар с небес.
В суд за громоотвод
Каждый раз, когда над головой грохочет гром и сверкают молнии, мы не задумываемся о том, что многие здания, линии электропередач и даже люди защищены благодаря простому, но гениальному устройству – громоотводу.
Историческая справка
Молниеотвод был изобретен Бенджамином Франклином в 1752 году. Летом 1753 года М. В. Ломоносов и Г. В. Рихман провели уникальный эксперимент, с помощью «громовой машины» доказав, что, как писала газета «Русские ведомости» (1753, № 45): «…сие наблюдение почитается за чрезвычайное. Из сего наблюдения явствует, что... электрическая сила без действительного грому быть может. Ежели второе правда, то не гром и молния электрической силы в воздухе, но сама электрическая сила грому и молнии причини».
Ученые при огромном стечении народа устроили пальбу из целой батареи пушек – гром «сотрясал небо», но «электрический указатель» ничего не показывал: «искусством произведенный гром электрической силы не показывает».
6 августа 1753 года, во время сильной грозы, оба ученых вели наблюдения в своих домашних лабораториях. В этот день произошел трагический случай: Рихман подошел к прибору на расстояние полуметра, и вдруг в воздухе появился синеватый огненный шар размером с крупное яблоко. Он метнулся к голове ученого – раздался сильный взрыв. Рихман откинулся назад и замертво рухнул на стоявший сзади сундук. По предположению некоторых исследователей, причиной его гибели стала шаровая молния.
Громоотвод – устаревшее название молниеотвода – остается одной из самых эффективных мер защиты от разрушительной силы природной молнии. Но на самом деле он – лишь часть сложной системы, которую называют молниезащитой, и которая включает в себя не только металлические стержни, но и точные расчеты, современные материалы и глубокое понимание физики атмосферного электричества.
«На объектах гражданского строительства и промышленности в обязательном порядке требуется установка систем молниезащиты. Высотные здания обязательно должны быть оборудованы молниеприемником, – чаще всего это металлический штырь, тоководом и заземлителем – как раз для нейтрализации последствий попадания молнии», – говорит наш эксперт.
Надо сказать, что идея громоотвода, предложенная Бенджамином Франклином, не сразу нашла признание – особенно среди религиозных кругов. Многие считали, что установка металлического стержня на крыше – это вмешательство в божественные силы, а значит – дело не только спорное, но и опасное.
В 1783 году в Сент-Омере (Франция) житель Виссери установил на крыше дома громоотвод, что вызвало бурю возмущения среди горожан. Многие считали устройство кощунством – мол, оно «вмешивается в небесные дела». Дело дошло до суда, где муниципальные власти потребовали демонтаж.
Защитником выступил молодой адвокат Максимилиан Робеспьер, будущий лидер Великой французской революции. Он ярко обличил суеверия и доказал пользу изобретения. Суд оставил громоотвод, а Робеспьер получил первую всенациональную известность.
Этот случай стал знаковым примером столкновения науки и предрассудков.
Цвет молнии – не просто белый
Цвет молнии – результат свечения ионизированного воздуха и частиц, через которые она проходит. В разных условиях можно наблюдать разноцветные вспышки:
-
Фиолетовая и розовая молнии – часто видны в загрязненной атмосфере, в городах.
-
Синеватые и голубые оттенки – при высокой влажности и в горных районах.
-
Оранжевая и красная – ближе к горизонту, особенно на закате или при пыльных бурях.
«Цвет не влияет на силу разряда, но может быть косвенным индикатором состояния атмосферы: влажности, пыли, содержания аэрозолей», – поясняет Булат Ильфатович.
Вулканическая молния, шаровая, гамма-всплески
-
Вулканическая молния возникает в пепельных облаках во время извержений. Частицы пепла и льда трутся, создавая электрический потенциал.
-
Шаровая молния – редкое явление: плазменный шар, способный существовать несколько секунд, перемещаться и даже проникать внутрь помещений. Наука признает ее, но механизм возникновения остается не до конца изученным.
-
Гамма-всплески – зафиксированы спутниками. Это мощные, но кратковременные вспышки гамма-излучения, возникающие при особо сильных молниях. Они могут уходить вверх, в сторону космоса.
Как молния «работает» на планету?
На всей Земле действует постоянное слабое электрическое поле – около 100 В/м у поверхности. Молнии, происходящие по всей планете (около 40–50 раз в секунду), поддерживают эту систему – так называемую глобальную электрическую цепь, соединяющую землю с ионосферой.
Фульгуриты – стеклянные следы молнии
Если молния ударяет в сухой песок или глину, ее температура (до 30 000 °C) плавит минералы, и образуется фульгурит – стекловидная трубка, уходящая вглубь земли. Эти образования могут сохраняться тысячелетиями.
Молния может идти снизу вверх
Большинство считают, что молния всегда «ударяет» с неба, но в ряде случаев это не так. Примерно в 10 % случаев происходят восходящие молнии, которые стартуют от высоких объектов – телевышек, мачт, антенн – и поднимаются вверх к облакам и выглядят не менее внушительно. Это особенно часто наблюдается в промышленных зонах или мегаполисах с плотной высотной застройкой.
Где мы сталкиваемся с «молнией» в быту?
Молния кажется чем-то далеким, но ее физические аналоги есть у каждого из нас под рукой.
1. Плазменный шар
Это декоративная лампа, в которой можно вызвать молнию прикосновением. При взаимодействии с лампой ваше тело становится частью электрической цепи. Пальцы становятся «проводником», и разряды собираются под ними, создавая впечатляющий эффект. При этом вы в абсолютной безопасности: ток слишком мал, чтобы причинить вред.
2. Пьезозажигалки
Повседневные устройства, которые буквально включают молнию у вас в руках. Они работают на основе пьезоэлектрического эффекта, благодаря которому при механическом воздействии на пьезоэлектрический кристалл (чаще всего из кварца или цирконата-титаната свинца) создается напряжение до нескольких тысяч вольт. Так что каждый раз, когда вы зажигаете газ, помните: вы создаете свою собственную молнию!
3. Статическое электричество
Сняли свитер, и вас ударило током? Это разряд накопившегося заряда между телом и окружающими предметами. При обычном бытовом разряде напряжение может достигать до 35 кв, особенно зимой в сухом воздухе. Но ток очень маленький и длится доли секунды – поэтому разряд почти безвреден для человека. Если представить, что молния – это мощный взрыв высокого напряжения, то статический разряд – это всего лишь хлопушка. Оба явления основаны на одном и том же принципе: когда напряжение становится слишком большим, электричество пробивает воздух, создавая светящийся канал. Только в случае молнии – это канал длиной в километр, а в случае вас и дверной ручки – всего пара миллиметров.
Правила безопасности во время грозы
Доцент подчеркивает: «Молния – одно из самых непредсказуемых и опасных природных явлений, и ее нужно воспринимать всерьез».
Если вы дома:
-
Не пользуйтесь электроприборами и не прикасайтесь к розеткам, кранам, трубам.
-
Отключите все устройства из розеток, особенно те, что подключены к интернету.
-
Не принимайте душ и не мойте посуду – вода проводит ток.
Если вы на улице:
-
Не прячьтесь под деревьями, особенно одинокими.
-
Уходите с возвышенностей, подальше от воды и металлических объектов.
-
Если вы на велосипеде, спешитесь и отойдите в сторону.
-
Лучше всего укрыться в автомобиле – за счет металлического кузова он распределит заряд снаружи по принципу клетки Фарадея.
Услышали гром – уже в зоне риска:
-
Если между вспышкой и громом проходит менее 10 секунд – гроза ближе 3 км. Это уже опасно.
-
Каждые 3 секунды задержки – примерно 1 км до эпицентра.
Что делать, если молния ударила рядом:
-
Уходите с этого места – молния может ударить повторно.
-
Если кто-то пострадал – не бойтесь прикасаться: ток не сохраняется в теле. Срочно вызывайте скорую и начинайте сердечно-легочную реанимация (если есть остановка дыхания и сердца).
Главное, что нужно запомнить
«Молния – это не просто природное зрелище. Это реальный, смертельно опасный разряд, который может ударить без предупреждения и за секунды вывести из строя технику, навредить человеку или даже спровоцировать пожар. Соблюдайте элементарные меры предосторожности – это спасает жизни», – призывает Булат Сибгатуллин.