Молния - это электрический разряд В 1752 году американский ученый и политик Бенджамин Франклин доказал, что молния - это всего лишь электрическая искра. Однажды летом в Филадельфии 45-летний Франклин и его сын запускали бумажного змея с тяжелым железным ключом от садовой калитки, привязанным к концу шелковой нити.
Когда приближалась грозовая туча, Франклин положил палец на ключ, и между ними проскочили искры. Франклин почувствовал легкий шок. Это было, пожалуй, самое приятное для него ощущение. Затем он стал ждать, когда его предчувствие сбудется. Ведь уже несколько раз люди, запускавшие воздушных змеев в грозу, были поражены и убиты молнией. Открытие Франклина стало настоящей сенсацией. Он доказал, что грозовые облака заряжены электричеством и что молния - это электрический разряд между облаком и землей. Для неспециалиста, который никогда не был поражен молнией, удар молнии выглядит как простая вспышка и раскат грома. На самом деле молния - это довольно сложное природное явление. Сначала из облака на землю быстро падает "лидер". Лидер - это начало разряда молнии.
Затем он переходит из воздушного пространства с высоким сопротивлением в воздушное пространство с низким сопротивлением, проходит следующие стадии и, наконец, устремляется вниз на расстояние в несколько десятков километров весь сразу. По мере приближения к поверхности земли, на расстоянии нескольких десятков метров от поверхности, лидер создает разряд противоположного знака от естественного или искусственного возвышения. Этот обратный разряд направляется к лидеру, и в этот момент образуется проводящий токовый ствол линейной молнии, по которому прямой и обратный заряды образуют ток в десятки тысяч - сотни тысяч ампер.
На первый взгляд, однако, линейная молния - это лишь вспышка света на одну тысячную долю секунды. Однако, если она может сохраняться хотя бы в течение десятой доли секунды, такую молнию можно считать долгоживущей. Что такое гроза? Гроза - это сложное атмосферное явление, сопровождающееся электрическими разрядами, которые вызывают молнии. Гроза - это конденсированный атмосферный процесс, при котором водяной пар оседает в ядре конденсации и образуются капли воды. Сочетание таких метеорологических явлений, как воздушные потоки, ветер, дождь, снег и град, может создавать в атмосфере большие электрические напряжения, которые объединяются в электрические разряды, что приводит к возникновению молнии. Грозы вызываются образованием кучево-дождевых облаков. Тяжелые облака образуются в результате значительной атмосферной неустойчивости, которая порождает огромные и быстрые восходящие потоки. Грозы характеризуются шквалами на поверхности земли, сильным дождем (снегом) и могут сопровождаться градом. За один-два часа до грозы атмосферное давление начинает резко падать, ветры внезапно усиливаются, а затем снова поднимаются. Где и почему сверкает молния Но как молния выбирает место, куда она чаще всего ударяет? Ответ заключается в том, что по мере приближения головки молнии к земле напряженность прямого электрического поля увеличивается на поверхности земли в месте под головкой, вызывая быстрое накопление индуцированного заряда.
Затем, когда накоплено наибольшее количество индуцированного заряда и напряженность поля увеличилась, происходит окончательный пробой. Пробой обычно происходит на объектах, выступающих над поверхностью земли, потому что наибольший заряд накапливается на их кончиках и выступах. Таково было общепринятое мнение. Однако лидеры молний движутся очень быстро и выбирают в основном высокопроводящие участки с низким электрическим сопротивлением. Влажная почва в районах с металлической рудой обладает высокой электропроводностью, в то время как сухой песок, например, имеет низкую электропроводность, что препятствует движению индуцированных зарядов к лидеру. Поэтому молния может избегать высоких песчаных гор и выбирать ручьи, обильно увлажняющие низины. Когда это происходит, кажется, что молния выбрала для удара более низкое место, чем следовало. Чтобы уменьшить вероятность попадания молнии в здания, опоры и линии электропередач, эти сооружения оснащаются специальными защитными устройствами, называемыми молниеотводами. Молниеотвод - это заземленный металлический штырь, установленный вертикально и заостренный сверху. Столбы очень хорошо заземляются путем использования металлических пластин большой площади и закапывания их в землю на высоте, где всегда достаточная влажность. Допустим, молниеотвод имеет высоту h1, тогда он надежно защитит объекты, находящиеся внутри конуса с углом образующей альфа и радиусом основания ОС. Это означает, что почти 100% молний обречены попасть в область вершины конуса, в точку А, и лишь менее 1% молний могут случайно ударить в объект, находящийся внутри защищаемого объема. И то если грозовое облако окажется в данной области.
У острия молниеотвода электрическое поле имеет наивысшую напряженность и именно из него прежде всего вырвется навстречу лидеру индуцированный разряд, направляя молнию по безопасному для нас пути. Практически статистика говорит нам о том, что оснащенное таким образом пространство защищено от попадания туда молнии лет на 200.
Как узнать расстояние до молнии.
Кстати, раскаты грома добираются до нас от молнии издалека, поэтому иногда звук грома как-бы приглушенный, а иногда — наоборот, прорывает оглушительным треском, если гроза в самом разгаре. Это очень просто объясняется. Свет от вспышки молнии распространяется по воздуху со скоростью 299792 километра в секунду, поэтому молнию мы видим всегда сразу.
А вот звук от нее распространяется медленнее, поэтому гром мы слышим намного позже вспышки, лишь некоторое время спустя. Так как за 3 секунды звук проходит примерно 1 километр, то посчитав время между вспышкой молнии и началом звука грома, можно прикинуть, на каком расстоянии произошел разряд или практически — на каком расстоянии находится грозовая туча.
Засеките время в секундах между вспышкой молнии и началом звука грома, затем разделите его на 3, так вы получите приблизительное расстояние в километрах от вас до места разряда молнии, гром от которой грохочет.
Молниезащита и защита от импульсов перенапряжения
Актуальность проблемы защиты от перенапряжения и молниезащиты в последнее время у многих уже не вызывает сомнения. Однако, ощущается острая нехватка информации в данной области, недостаток теоретических знаний, методик расчета, т.е. непонятно, каким образом и при помощи каких конструктивов, элементов и устройств защитить задание, оборудование и людей внутри здания от разрушающих факторов и опасных последствий удара молнии и импульсов перенапряжения различной природы.
Нормативная база в области молниезащиты зданий и сооружений также порождает больше вопросов, чем дает ответов, хотя ведущие российские ученые ведут работу по изменению данной ситуации.