В древности и средневековье люди не имели ни малейшего представления о причинах и механизмах возникновения молний, приписывая их формирование деяниям богов (Зевс, Тор и другие). Даже сейчас эта сфера до конца не изучена. Как и откуда берутся такие удивительные явления рассказывает эта статья.
Добрый день, друзья!
В детстве я часто задавался вопросом откуда берется молния. В школе, на уроках физики, меня конечно же учителя посвятили в этот процесс. Но, как и большинство людей, повзрослев, я очистил свою память от этих знаний как не представлявших на тот момент для меня практической ценности. И вот теперь я решил вернуться к этой теме, потому как она, в числе прочих интересных явлений, продолжает возбуждать мой интерес.
Прочитав много различных материалов, я решил систематизировать полученные знания и изложить их здесь в той форме, которая, надеюсь, будет интересна читателю. Конечно же, данная статья не претендует на всеобъемлющий охват темы молний, поскольку существует много видов молний, и некоторые виды еще не до конца изучены. В своих последующих материалах я возможно вернусь к более детальному описанию разных видов молний.
Итак, начнём.
Механизм возникновения молнии тесно связан с такими явлениями, как испарение и конденсация воды. Всем известен со школьной скамьи так называемый «круговорот воды в природе». Так вот, водяной пар, поднимаясь с поверхности земли и формируя облака, начинает охлаждаться и превращается в воду и мельчайшие льдинки. Тяжелые капли воды и льдинки под собственным весом падают из верхних слоев облака в нижние или дальше на землю, сталкиваясь по пути со встречным потоком водяных паров, еще не успевших остыть. Из-за этого возникает трение частиц друг об друга, вследствие которого происходит термическая ионизация воздуха. Сорванные со своих орбит электроны формируют отрицательно заряженные нижние слои облака и положительно заряженные верхние слои. Многократно повторенный этот процесс формирует разницу потенциалов верхних и нижних слоев облака. Растет напряженность электрического поля. Чем больше влаги содержит облако, тем темнее оно становится и тем сильнее его потенциальная возможность породить молнию.
Воздух, как известно, не является проводником электричества. Иными словами, он обладает электрическим сопротивлением. Поэтому молния не возникает до определенного момента. Час икс настает в момент, когда разница потенциалов верхних и нижних слоев облака становится выше сопротивления воздуха. Происходит «пробой» воздуха и образование проводящего электричество канала. При этом в месте прохождения разряда температура может превышать 30 000 градусов по Цельсию, что примерно в 5 раз выше температуры поверхности Солнца. Мгновенный нагрев вызывает также мгновенное расширение воздуха, сопровождающееся ударной волной, которую мы слышим как гром. На близком расстоянии эта волна довольно опасна.
Почему же молния имеет такую причудливую форму?
Дело в препятствиях, возникающих на пути молнии в виде молекул воздуха. Сталкиваясь с ними, электроны меняют направление в поиске пути наименьшего сопротивления и образуют так называемые «ступени». Процесс же образования проводящего канала часто называют «ступенчатым лидером».
Помимо «внутриоблачного» разряда молния может ударить в другое облако или в землю. Земля при этом обладает положительным зарядом вследствие влияния электрического поля облака. По мере движения «ступенчатого лидера» к земле напряженность электрического поля на его конце усиливается, из-за чего из предметов на земле выбрасывается «ответный стример», стремящийся соединиться со «ступенчатым лидером». Используя эту особенность люди придумали громоотвод, отведя ему роль безопасного «ответного стримера».
В заключение хочется сказать, что в наш век технического прогресса мы, как и наши предки в древности, по-прежнему не можем управлять молниями подобно Зевсу. Мы не можем спрогнозировать где и когда ударит молния, но мы знаем, что она возникает по определенным физическим законам. У нас есть громоотводы, которые могут обезопасить нас от сокрушительного действия электрического разряда. При этом дальнейшее изучение этого поразительного явления представляет большой интерес хотя бы с точки зрения колоссального количества энергии, выделяемого молнией. Человечество стоит перед проблемой поиска альтернативных источников энергии и, если у человечества есть будущее, этот поиск обязан увенчаться успехом.