Пока на CatScience шла темнеделя электричества, я вспомнил про свой старый должок нашим туристам из CatTours. У них выходил пост про всякое нехорошее, что случается в горах, например, притягивание молний.
Двадцать шесть в железе
склон взялись покорять,
железо прозвенело,
осталось двадать пять.
И тогда я обещал на неделе написать пост про этот интересный эффект. Будем считать, что немного припозднился, всего-то на 7,5 месяцев.
В присутствии электричества металл может звенеть по разным причинам. Самая красивая визуально - коронный разряд, но трансформаторы и ЛЭП обычно гудят по другому, там правит магнитострикция.
Лирическое отступление от CatTech . Почему шумят трансформаторы:
Наверняка почти каждый слышал характерное гудение, исходящее от трансформаторных будок во дворах и от ЛЭП. Давайте заглянем во внутрь и посмотрим, что же там может гудеть.
Начнем с того, а что вообще такое звук? По хорошему делу достаточно сказать, что звук - это в первую очередь вибрация. Наше ухо воспринимает продольные волны, передающееся по воздуху, а для их возникновения необходимо, что бы источник звука заметно так сотряс воздух.
В случае трансформатора за это отвечает магнитострикция - изменение длины объекта в зависимости от его намагниченности. Внутри каждого трансформатора есть сердечник-магнитопровод, он передает магнитное поле с одной катушки на другую. Процесс передачи возможен только в случае переменного поля, а значит, сердечник постоянно намагничивается в разные стороны и, соответственно, сжимается и вытягивается. При этом частота звука будет вдвое больше частоты переменного тока, в наших условиях это 100 Гц, а вот в Америке можно послушать 120 Гц.
От ЛЭП тоже можно послушать магнитострикцию, но не от каждой. Как Вы уже наверно догадались, для этого нам нужен сердечник, а провод сам по себе им не является. Однако на ЛЭП используются провода со стальными жилами, и вот они как раз будут гудеть.
Но в случае ЛЭП есть еще один важный источник шума - коронный разряд. Относительно своей длины провод ЛЭП очень тонкий, а значит переменный ток в нем очень сильно действует на окружающий воздух, в том числе ионизируя его. А раз есть ионный газ рядом с током, то он будет двигаться. Ток переменный, значит движение переменное - вот и получили вибрацию.
Помимо этих двух факторов звук может создавать и магнитное поле Земли, и ветер, и какие-нибудь вторичные резонансные явления, но они значительно слабее.
Вот только ледорубы молнии не выпускают, переменного тока постоянной частоты там тоже нет, да и гудит не только что-то длинное, но и камни с вкраплениями железных руд. Что же именно там происходит?
Изначально я винил во всем коронный разряд в миниатюре, мол для пробоя воздуха напряжения не хватает, но некоторые электроны вполне могут покидать ледоруб, толкать молекулы воздуха и тем самым создавать акустическую волну. Вроде бы логично, но даже прикидочный расчет показывает, что для этого надо слишком много электронов, ледоруб банально не сможет столько отдавать продолжительное время. Однако при поиске информации по данному явлению я наткнулся на описание еще одного интересного эффекта при приближении грозы в горах - волосы трещат при расчесывании. Точно так же как быстро снимаемый зимой свитер. Но с шерстяным свитером все понятно, статическое электричество из-за сухого воздуха не может рассеиваться, поэтому пробегают искорки, но гроза же это вода, какая же там низкая влажность?
Но дело не в причине скапливания заряда, а в самом факте. Приближение грозового фронта - это приближение электрического поля, причем весьма неоднородного. Появляются и тут же исчезают области высокого потенциала, низкого потенциала, а значит попавшие в эти условия предметы будут проводить ток даже там, где его не должно протекать. Объемные металлические предметы типа ледоруба будут выпускать часть электронов, а потом принимать другие, и все это просто по воздуху, ведь он станет достаточно сильно ионизированным, отдельных электронов в нем как раз будет достаточно для микроискровых разрядов. Увидеть их можно будет только в абсолютной темноте, а вот услышать вполне реально даже при небольшом ветре.
Именно вот эта дополнительная концентрация носителей заряда в воздухе во время грозы и несет главную опасность. Даже небольшого металлического предмета на Вас хватит, что бы привлечь молнию, а если ледоруб еще и намокнет, то ух, я Вам ой как не завидую. Поэтому снимаем все металлические предметы, кладем их в паре десятков метров от себя, а сами ищем по возможности сухое укрытие и пережидаем бурю.
Автор: Сергей Васильев