Муніципальнезагальноосвітній заклад
Гімназія В«ЛабораторіяСалахова В»
Творча робота з фізики
на тему: Електричніявища в природі: блискавка
Історія
Електричнаприрода блискавки була розкрита в дослідженнях американського фізика Б. Франкліна,по ідеї якого був проведений досвід по витяганню електрики з грозовоїхмари. Широко відомий досвід Франкліна по з'ясуванню електричної природиблискавки. У 1750 їм опублікована робота, в якій описано експеримент звикористанням повітряного змія, запущеного в грозу. Досвід Франкліна був описанийв роботі Джозефа Прістлі.
Фізичні властивості блискавки
Середнядовжина блискавки 2,5 км, деякі розряди тягнуться в атмосфері навідстань до 20 км.
Формування блискавки
Найбільшчасто блискавка виникає в купчасто-дощових хмарах, тоді вони називаютьсягрозовими; іноді блискавка утворюється в шарувато-дощових хмарах, а також привулканічних виверженнях, торнадо і пилових бурях.
Зазвичайспостерігаються лінійні блискавки, які відносяться до так званих безелектроднийрозрядами, так як вони починаються (і закінчуються) в скупченнях заряджених часток.Це визначає їх деякі досі не пояснені властивості, що відрізняютьблискавки від розрядів між електродами. Так, блискавки не бувають коротше декількохсотень метрів; вони виникають в електричних полях значно слабкіших, ніжполя при міжелектродних розрядах; збір зарядів, переносимих блискавкою, відбуваєтьсяза тисячні долі секунди з мільярдів дрібних, добре ізольованих один віддруга частинок, розташованих в об'ємі декілька км Ві. Найбільш вивченийпроцес розвитку блискавки в грозових хмарах, при цьому блискавки можуть проходити всамих хмарах - внутріоблачние блискавки, а можуть ударяти в землю - наземніблискавки. Для виникнення блискавки необхідно, щоб у відносно малому (але неменше деякого критичного) об'ємі хмари утворилося електричне поле знапруженістю, достатньою для початку електричного розряду (~ 1 МВ/м), а взначній частині хмари існувало б поле з середньою напруженістю,достатньою для підтримки розпочатого розряду (~ 0,1-0,2 МВ/м). У блискавкиелектрична енергія хмари перетворюється на теплову і світлову.
Наземні блискавки
Процесрозвитку наземної блискавки складається з декількох стадій. На першій стадії, взоні, де електричне поле досягає критичного значення, розпочинається ударнаіонізація, що створюється спочатку вільними електронами, завжди наявними вневеликій кількості в повітрі, які під дією електричного полянабувають значні швидкості у напрямку до землі і, стикаючись змолекулами, що становлять повітря, іонізують їх. За більш сучаснимуявленням, розряд ініціюють високоенергетичні космічні промені,які запускають процес, що отримав назву пробою на втікаючих електронах.Таким чином, виникає електронна лавина, що переходять в нитки електричнихрозрядів - стримери, що представляють собою добре провідні канали, які,зливаючись, дають початок яскравому термоіонізованному каналу з високою провідністю- Ступінчастому лідерові блискавки.
Рухлідера до земної поверхні відбувається ступенями в кілька десятків метрів зішвидкістю ~ 50 000 кілометрів в секунду, після чого його рухприпиняється на декілька десятків мікросекунд, а свічення сильнослабшає; потім в подальшій стадії лідер знову просувається на декількадесятків метрів. Яскраве свічення охоплює при цьому усі пройдені ступені;потім слідують знову зупинка і послаблення свічення. Ці процеси повторюютьсяпри русі лідера до поверхні землі із середньою швидкістю 200 000метрів в секунду.
Заміру просування лідера до землі напруженість поля на його кінці посилюється іпід його дією з виступаючих на поверхні Землі предметів викидається у відповідьстример, з'єднується з лідером. Ця особливість блискавки використовується длястворення громовідводу.
Взаключній стадії по іонізованному лідером каналу слід зворотний (знизувгору), або головний, розряд блискавки, характеризується струмами від десятків досотень тисяч ампер, яскравістю, що помітно перевищує яскравість лідера, і великоюшвидкістю просування, спочатку доходить до ~ 100 000 кілометрів всекунду, а в кінці зменшується до ~ 10 000 кілометрів в секунду.Температура каналу при головному розряді може перевищувати 25 000 В° C. Довжина каналублискавки може бути від 1 до 10 км, діаметр - кілька сантиметрів. Післяпроходження імпульсу струму іонізація каналу і його свічення слабшають. Вфінальній стадії струм блискавки може тривати соті і навіть десяті частки секунди,досягаючи сотень і тисяч ампер. Такі блискавки називають затяжними, воничасто викликають пожежі.
Головнийрозряд розряджає нерідко тільки частина хмари. Заряди, розташовані на великихвисотах, можуть дати початок новому (стрілоподібним) лідеру, який рухаєтьсябезперервно зі швидкістю в тисячі кілометрів на секунду. Яскравість його свіченняблизька до яскравості ступінчастого лідера. Коли стріловидний лідер доходить доповерхні землі, слідує другий головний удар, подібний першому. Зазвичай блискавкавключає декілька повторних розрядів, але їх число може доходити і додекількох десятків. Тривалість багатократної блискавки може перевищувати 1 сек.Зсув каналу багатократною блискавки вітром створює так звану стрічковублискавку - світну смугу.
Внутрішньохмарні блискавки
Внутрішньохмарніблискавки включають зазвичай тільки лідерні стадії; їх довжина коливається від 1до 150 км. Доля внутрішньохмарних блискавок росте у міру зміщення до екватора,міняючись від 0,5 в помірних широтах до 0,9 в екваторіальній смузі. Проходженняблискавки супроводжується змінами електричних і магнітних полів і радіовипромінюванням,так званими атмосфериками. Ймовірність ураження блискавкою наземного об'єктузростає в міру збільшення його висоти і із збільшенням електропровідності грунтуна поверхні або на деякій глибині (на цих факторах грунтується діюгромовідводу). Якщо в хмарі існує електричне поле, достатнє дляпідтримки розряду, але недостатнє для його виникнення, роль ініціатораблискавки може виконати довгий металевий трос або літак - особливо,якщо він сильно електрично заряджений. Таким чином іноді В«провокуютьсяВ»блискавки в шарувато-дощових і потужних купчастих хмарах.
В«Вкожну секунду близько 50 блискавок ударяються в поверхню землі, і в середньомукожен її квадратний кілометр блискавка вражає шість разів за рік В»[2].
Саміпотужні блискавки викликають народження фульгуритів. [2]
Люди і блискавка
Блискавки- Серйозна загроза для життя людей. Ураження людини або тварини блискавкоючасто відбувається на відкритих просторах тому електричний струм йде понайкоротшому шляху "грозове хмара-земля". Часто блискавка потрапляє вдерева та трансформаторні установки на залізниці, викликаючи їх загоряння.Поразка звичайної лінійної блискавкою усередині будівлі неможливо, проте побутуєдумка що так звана кульова блискавка може проникати через щілини і відкритівікна. Звичайний грозовий розряд небезпечний для телевізійних і радіоантенрозташованих на дахах висотних будівель, а також для мережевого обладнання.
Ворганізмі потерпілих відзначаються такі ж патологічні зміни, як при ураженніелектрострумом. Жертва непритомніє, падає, можуть відзначатися судоми, частозупиняється дихання і серцебиття. На тілі зазвичай можна виявити В«міткиструму В», місця входу і виходу електрики. У разі смертельного результатупричиною припинення основних життєвих функцій є раптова зупинкадихання і серцебиття, від прямої дії блискавки на дихальний ісудиноруховий центри довгастого мозку. На шкірі часто залишаються такзвані знаки блискавки, деревовидні ясно-рожеві або червоні смуги,зникаючі при натисканні пальцями (зберігаються протягом 1 - 2 добипісля смерті). Вони - результат розширення капілярів в зоні контакту блискавки зтілом.
Приураженні блискавкою перша медична допомога повинна бути невідкладною. У важкихвипадках (зупинка д...
