1. Природа блискавки.
2. Кульова блискавка.
3. Статична електрика.
4. Використання статичної електрики.
5. Електричні явища в живій природі.
Електричний струм невидимий. Він, як вода, тече всюди: і в навколишньому нас неживої середовищі, і всередині біологічних об'єктів, породжуючи цілий спектр різноманітних явищ. Найбільш яскраві з них можна спостерігати в небі у вигляді електричних розрядів - блискавок. Менш видовищно, але досить відчутно дію статичної електрики, коли самі звичайні предмети - шерстяний светр або двері автомобіля - раптом починають «кусатися» або «бити струмом». І вже зовсім не просто побачити прояви електрики в живому організмі, а адже саме воно керує роботою нашого тіла.
Блискавки, найбільш видовищні прояви електрики в природі, є потужні розряди, що утворюються в нижніх шарах атмосфери. Коли між грозовою хмарою і землею виникає велика різниця потенціалів, спалахують гігантські іскри і лунають гуркіт грому. Іноді сила струму в блискавці сягає сотні тисяч ампер.
1. Природа блискавки
Зовні наша планета закутана величезним повітряним ковдрою, яке постійно бомбардують і іонізують космічні промені. Глибоко в надрах рідке металеве ядро працює як динамо-машина, створюючи струми і магнітне поле. По суті, ми живемо всередині величезної машини, що виробляє і перетворюючої гігантські кількості електрики. Тому немає нічого дивного в тому, що час від часу ми стаємо свідками її грандіозної діяльності. Першим в ряду природних електричних явищ слід назвати блискавку.
Вогненні зигзаги, розпорювали небо, - це різновид іскрового електричного розряду. Він виникає в грозовій хмарі, коли між частинами самого хмари або між хмарою і землею з'являється велика різниця потенціалів. Поділ зарядів всередині грозової хмари відбувається завдяки конвективним потокам, що переносить наелектризовані через тертя крапельки води. Перед самою спалахом блискавки від хмари до землі спрямовується потік електронів, які, вдаряючись з молекулами повітря - кисню та азоту, - іонізують їх. В результаті в газовому середовищі виникає яскравий розряд струму силою в десятки тисяч ампер. Швидко нагріваючись, атмосферний газ розширюється, породжуючи ударну звукову хвилю, і ми чуємо грім.
Коли вдалося виміряти температуру в каналі блискавки, виявилося, що вона досягає 25-27 тисяч градусів. І мало не три чверті енергії грозового розряду витрачається саме на нагрівання повітря в каналі блискавки. Зрозуміло, що повітря, температура якого за кілька десятимільйонних часток секунди піднімається майже до 1500 градусів, розширюється настільки сильно, що процес цей стає порівняємо з вибухом.
Сьогодні особливі мікрофони дозволили зробити висновки про розмірах каналу блискавки, її потужності, про стан атмосфери, про обсяг хмари і навіть про процеси, завдяки яким хмара накопичує електрику.
І тут вже стала з'ясовуватися суща фантастика! Ці природні електричні машини, як виявилося, здатні накопичувати потенціали в мільярди вольт, а загальна потужність середньої грози цілком можна порівняти з вибухом кількох термоядерних бомб! І все це - результат всього лише взаємодії крапельок і крижинок, які тримаються в повітрі на висхідних потоках.
2. Кульова блискавка
Про кульової блискавки можна розповісти чимало дивовижних історій, але це не наблизить нас до розуміння її природи. Одні вважають її клубком гарячої плазми, інші - сферичним газовим розрядом, що виникають при ударі звичайної блискавки. Властивості кульової блискавки дивні. По-перше, вона з'являється в штормову погоду, в грозу і часто супроводжується лінійної блискавкою. Зазвичай куля розміром від кількох сантиметрів до метра рухається горизонтально з писком, тріском і шумом, любить «заглядати» в приміщення, протискуючись в будь-який отвір. Він живе секунди або кілька хвилин, не виділяючи помітного тепла, але може з гуркотом вибухнути, оплавився предмети. Рух блискавки непередбачувано: вона з легкістю перекидає трактор, вибухає від зіткнення з автомобілем, дозволяє переїхати себе мотоциклу, пробивши в шоломі мотоцикліста крихітну дірочку і вийшовши через його груди. Відомий випадок, коли в 1761 році проникла в церкву віденської академічної колегії блискавка, «з'ївши» позолоту з карниза вівтарної колони, відклала її на срібній кропильницю.
Чому кульова блискавка рухається горизонтально, а не піднімається вгору, яким чином обходить перешкоди і звідки в неї стільки енергії? Ці питання ще чекають свого вирішення. Вчені поки тільки намагаються створити теорію кульової блискавки і відтворити в лабораторії народження різнокольорових електричних куль із загадковими властивостями.
Остання трактування природи зародження цього явища була висунута Антоніо Фернандесом-Раньядом, відомим іспанським ученим, і з'явилася на сторінках журналу «Нейчур». Гіпотеза вченого-фізика заснована на теорії електромагнітного вузла, яку він же і розробив. Її складно переказати, не вдаючись до математичних формул, але мова йде про освіту, схожим на «клубок», що складається з ліній магнітного поля. Як видно з назви, це поєднання магнітних і електричних полів. Коли ці поля об'єднуються і взаємно підсилюють один одного, всередині них народжується сильний тиск, який і тримає всю конструкцію.
3. Статична електрика
Спостерігаючи за роботою своєї дочки, давньогрецький філософ Фалес з Мілета зацікавився незвичайним феноменом. Дівчинка намагалася очистити бурштинове веретено від ниточок, але ті знову липли, як ніби їх щось тягнуло до каменя. Тоді, за часів Фалеса, це явище так і залишилося загадкою. Тепер ми знаємо про існування заряджених частинок, які переходять з одного предмета на інший. Найменшим негативним зарядом володіє електрон, а точно таким же по величині, але позитивним - протон. Коли бурштин натирають вовняною тканиною, відбувається обмін електронами, і два спочатку нейтральних предмета виявляються зарядженими. Закони нашого світу такі, що різнойменні заряди притягуються, тому дрібні ниточки і липнуть до янтарю.
Накопичення нерухомих зарядів призводить до виникнення статичної електрики. Всі ми з ним добре знайомі і самі накопичуємо заряд, коли ходимо по паркету, зачісуємося, надягаємо синтетичний одяг.
Є небезпека і при роботі з діелектричними легкозаймистими рідинами і сипучими матеріалами: досить невеликого розряду, щоб спалахнула пожежа.
Електризуються і літаки. Це відбувається в польоті і при гальмуванні на злітній смузі. Тому після зупинки до них не відразу приставляють металеві трапи, а спочатку розряджають лайнери, опускаючи на землю металевий трос, інакше можуть постраждати і люди, і техніка.
4. Використання статичної електрики
При правильному використанні статичну електрику може приносити чималу користь. Позитивно діє на організм так званий статичний душ, а органи дихання лікують за допомогою спеціальних електроаерозолі. Щоб очистити повітря від пилу, сажі, кислотних і лужних парів, вдаються до електростатичних фільтрів. Риба буде коптитися швидше, якщо її помістити в спеціальну електрокамеру, де конвеєр з продуктом заряджений позитивно, а електроди - негативно. Робота ксероксів і лазерних принтерів також заснована на дії статичної електрики: позитивні заряди утворюють на барабані зображення оригіналу і притягають частки фарби, створюючи картину. Потім порошок переноситься на лист зарядженої паперу, де гарячі валики коткують її в папір.
Чи знаєте ви, що, навіть погладжуючи кішку, ми отримуємо електричний заряд? Правда, щоб запалити звичайну лампочку, нам доведеться одночасно гладити кілька мільйонів кішок.
Були часи, коли для освітлення використовували звичайний дугового розряд, т. Е. Безперервно горить іскру. Пристосувати її для освітлення вперше спробували український вчений-самоучка Василь Петров та англієць Гемфрі Деві на початку 19 століття. Але у них нічого не вийшло: для цього потрібні були потужне джерело струму і система, що забезпечує безперервне горіння дуги в газі. Початок практичного використання електричного струму для освітлення поклав український інженер Павло Яблочков. У 1876р. він зробив дугову вугільну лампу змінного струму. Через два роки вчений висвітлив Всесвітню виставку в Парижі, а його винахід назвали «українським світлом». У 1879р. американський винахідник Томас Едісон запропонував непогану конструкцію лампи розжарювання вакуумного типу з вугільною ниткою. Пізніше з'явилися лампи, що працюють завдяки нагріванню вольфрамової спіралі, поміщеної в скляний балон, заповнений інертним газом.
Електричні розряди сьогодні використовуються не тільки для освітлення. З їх допомогою хіміки прискорюють реакції, фізики «накачують» лазери, інженери і техніки зварюють і ріжуть металеві вироби, а медики іонізують повітря тихим коронним розрядом.
5. Електричні явища в живій природі
В кінці 18 століття італійський учений Луїджі Гальвані, проводячи досліди з задніми лапками жаби, підвішеними на мідних гачках, виявив, що вони скорочувалися, коли стосувалися чавунної решітки на балконі. Вчений витлумачив цей досвід як свідчення існування в м'язі «тваринної електрики». При з'єднанні м'язи з нервом за допомогою металевого провідника це електрику діє на нерв і тим самим скорочує лапку жаби. Чи не ці досліди спонукали юну Мері Шеллі написати моторошний роман «Франкенштейн», в якому вчений оживляє мерця розрядом електрики?
Одне з найбільш вражаючих властивостей живих істот - здатність накопичувати заряд. Так, з його допомогою деякі риби - вугри, соми і скати - полюють, приголомшуючи і обездвиживая свою здобич. Органи, які розташовані по обидва боки голови електричного ската, здатні генерувати напругу до 200 вольт. Акули використовують електрику інакше. Під шкірою їхні голови ховається багато маленьких електрочутливого органів, так нахивают ампул Лоренцини. Завдяки їм хижачки знаходять свою жертву - по малим електричних полів, які створюють її м'язи. Величина таких полів у воді всього 5 мікровольт, але цього було достатньо, щоб акула могла знайти причаїлася рибку.
Крім того, електричні явища нерозривно пов'язані з життєдіяльністю клітин і впливає на фізіологічні процеси в організмі. Так, по електропровідності живих тканин можна судити про їх життєздатності. Цю особливість сьогодні використовують медики. Різні електричні реакції супроводжують всю нашу діяльність, будь то скорочення м'язів, робота головного мозку або серця. Вивчаючи електричну активність мозку, вчені проводять діагностику нервових і психічних розладів, електрокардіограми виявляють хвороби серцево-судинної системи.
Добре проводять постійний струм кров, лімфа, м'язи, а нігті і волосся не проводять зовсім. Гірше пропускають струм нерви, сухожилля, жирові тканини і кістки. Наприклад, питомий опір м'язів - 200 Ом * см, жиру - 3000 Ом * см, тоді як металів - близько 10-6 - 10-4 Ом * см.
В кінці 19 століття було відкрито благотворний вплив електричного струму і на вегетативні функції рослин, що неодноразово намагалися використовувати для підвищення врожайності сільськогосподарських культур. В цьому напрямку працювало багато вчених, було отримано патентів. Так, вУкаіни, в інституті фізіології рослин РАН, показали, що при пропущенні струму через стебло лінійний ріст пагонів може збільшуватися на 30%, а на інтенсивності фотосинтезу позначається різниця електричних потенціалів між землею і атмосферою. Але практичного застосування ці роботи так і не знайшли.
Вплив електрики на всілякі процеси пов'язано в першу чергу з тим, що його елементарні порції - електрони, з одного боку, вкрай легкі і рухливі, а з іншого - саме вони з'єднують атоми в молекули і цементують тверді предмети. Завдяки електричним силам існує вода, їздять трамваї, а в голові народжуються думки. Без цього феномена не світило б Сонце і не зародилася б життя.
2. Я пізнаю світ: Дет. енциклопедії. Природні катастрофи / Авт. М.М. Непомнящий. С.208-209.