Глава 1. Что такое молния?

Рождение молнии.

Как начинается гроза, молнии и гром: Чаще всего молнии образуются в грозовых облаках. Грозовое облако очень большое. Верх такого облака может находиться на высоте 7 километров, то его нижний край может нависать над землей на высоте 500 метров. На высоте 3 - 4 километров вода замерзает и превращается в маленькие льдинки, которые находятся в постоянном движении от восходящих теплых потоков воздуха, поднимающихся от земли. Сталкиваясь между собой, льдинки электризуются. Более мелкие заряжаются "положительно", а более крупные – "отрицательно". В силу разности в весе, мелкие льдинки находятся наверху грозового облака, а крупные - внизу. Получается, что верх тучи заряжен положительно, а низ – отрицательно. Сближаясь между собой, они создают плазменный канал, по которому устремляются другие заряженные частицы. Получается гигантская электрическая искра – молния. Так как бегущие по каналу частицы встречают преграду в виде частиц воздуха, то они меняют своё направление, поэтому молния выглядит как ступенчатая ломаная линия. Если молнию мысленно изобразить в виде реки, то можно ясно представить, как вода меняет своё направление, встретив на пути преграду.

Физика молнии.

При разряде молнии выделяется 109-1010 джоулей энергии. Большая ее часть тратится на создание ударной волны (гром), нагрев воздуха, световую вспышку и другие электромагнитные волны, и только маленькая часть выделяется в том месте, где молния входит в землю. Однако и этой "маленькой" части вполне достаточно, чтобы вызвать пожар, убить человека и разрушить здание. Молния может разогреть канал, по которому она движется, до 30 000°С, в пять раз выше температуры на поверхности Солнца. Температура внутри молнии гораздо больше температуры плавления песка (1600-2000°C), но расплавится песок или нет, зависит еще и от длительности молнии, которая может составлять от десятков микросекунд до десятых долей секунды. Амплитуда импульса тока молнии обычно равна нескольким десяткам килоампер, но иногда может превышать и 100 кА. Самые мощные молнии и вызывают рождение фульгуритов - полых цилиндров из оплавленного песка.

Что такое гром.

Теперь мы знаем, как возникает молния. Но всё, же остаётся вопрос: почему сразу после молнии мы слышим раскаты грома?Любой разряд молнии сопровождается громом, потому что летящая молния нагревает окружающий воздух, затем горячий воздух сталкивается с более холодным, и раздается гром. Гром – это колебания воздуха. Звук – это волна, которая возникает при различных колебаниях. Даже наш голос возникает вследствие колебания голосовых связок. Мы так же выяснили, что в грозу сначала видим молнию, а потом слышим удар грома. Это происходит, потому что свет распространяется быстрее звука.

Вред и польза молний.

Молнии приносят как вред, так и огромную пользу нашей природе. Когда гроза утихнет и можно будет без опасения выйти на улицу, сделайте глубокий вдох. Воздух будет свежим и чистым, вероятнее всего, с запахом окружающей растительности, что вызвано выделением эфирных масел из хвойных деревьев и других растений. Во время грозы атмосфера очищается от пыли, пыльцы и загрязняющих веществ. Это происходит в результате связывания мелких частиц разрядом молнии, после чего утяжеленные частицы оседают на землю.Высокая температура и давление грозового разряда преобразуют азот и другие газы воздуха в полезные соединения, такие как оксиды азота (NO и NO2) и азотную кислоту (HNO3). Эти соединения действуют как естественные удобрения, помогая растениям в производстве жизненно важных белков.

Виды молний.

Грозы всегда сопровождаются молниями. Как правило, это – так называемые линейные молнии. Изредка наблюдаются молнии ещё двух типов – шаровые и чёточные (их называют также жемчужными). Шаровая молния имеет вид светящегося шара, а чёточная (жемчужная) – вид цепочки светящихся шаров, разделённых тёмными промежутками длиной около 10 м и напоминающих либо чётки, либо жемчуг, нанизанный на нить. Мы ограничимся рассмотрением линейных молний.

Линейная молния представляет собой гигантский (длиной до нескольких километров) искровой разряд. На рис. 1 показан искровой разряд, возникающий между двумя шарообразными электродами, находящимися на расстоянии примерно метра друг от друга. Для возникновения разряда нужно, чтобы напряжённость электрического поля между электродами равнялась при нормальном атмосферном давлении воздушного промежутка не менее 3⋅106 В/м.

Различают три вида линейных молний. Молнии, «прорастающие» (развивающиеся) от грозового облака к земле, называют нисходящими молниями (рис. 2). Они ветвятся в направлении сверху вниз. Именно в этом направлении развивается нисходящая молния; она стартует в основании грозового облака. Молнии, «прорастающие» от земной поверхности к облаку, называют восходящими молниями. Они ветвятся в направлении снизу вверх, стартуя с какого-либо высокого наземного объекта. Третий вид линейных молний – это молнии внутриоблачные и межоблачные; они развиваются от одной части облака к другой или от одного облака к другому.