Блискавка, природа і причини виникнення блискавки
Блискавка - це іскровий розряд статичної електрики, акумульованого в грозових хмарах. На відміну від розрядів, що утворюються на виробництві та в побуті, електричні заряди, що накопичуються в хмарах, незрівнянно більше. Тому енергія іскрового розряду - блискавка і виникають при цьому струмів дуже велика і становить велику небезпеку для людини, тварин, будівель. Блискавка супроводжується звуковим імпульсом - громом. Поєднання блискавки й грому називають грозою.
Гроза - це виключно красиве природне явище. Як правило, після грози поліпшується погода, повітря стає прозорий, свіже і чисте, насичене іонами, що утворюються при розрядах блискавки.
Незважаючи на це потрібно пам'ятати, що гроза в певних умовах може становити велику небезпеку для людини. Кожна людина повинна знати природу грозового явища, правила поведінки під час грози та методи захисту від блискавки.
Гроза - складний атмосферне процес і її виникнення обумовлено утворенням купчасто-дощових хмар. Сильна хмарність є наслідком значної нестійкості атмосфери. Для грози характерні сильний вітер, часто інтенсивний дощ (сніг), іноді з градом. Перед грозою (за годину, два) атмосферний тиск починає швидко падати, аж до раптового посилення вітру, а потім починає підвищуватися.
Грози можна розділити на місцеві, фронтальні, нічні, в горах.
Найбільш часто людина стикається з місцевими, або тепловими грозами. Водяна пара в висхідному потоці теплого повітря на висоті конденсується, при цьому виділяється багато тепла, і висхідні потоки повітря нагріваються. У порівнянні з навколишнім висхідний повітря тепліше, він збільшується в об'ємі, поки не перетвориться на грозову хмару. У великих за розміром грозових хмарах присутні кристалики льоду і крапельки води. В результаті їх дроблення і тертя між собою і об повітря утворюються позитивні і негативні заряди, під дією яких виникає сильне електростатичне по'ле (напруженість електростатичного поля може досягати 100 000 В / м).
І різниця потенціалів між окремими частинами хмари, хмарами або хмарою і землею досягає величезних величин.
При досягненні критичної електричної напруженості в повітрі виникає лавиноподібний іонізація повітря - іскровий розряд блискавки.
Фронтальна гроза виникає, коли маси холодного повітря проникають в район, де переважає тепла погода. Холодне повітря витісняє тепле, при цьому останній піднімається на висоту 5-7 км. Теплі шари повітря вторгаються всередину вихорів різного спрямування, утворюється шквал, сильне тертя між шарами повітря, що сприяє накопиченню електричних зарядів. Довжина фронтальної грози може досягати 100 км. На відміну від місцевих гроз після фронтальних зазвичай холоднішає.
Нічна гроза пов'язана з охолодженням землі вночі і утворенням вихрових струмів висхідного повітря.
Гроза в горах пояснюється різницею в сонячної радіації, якій піддаються південні і північні схили гір. Нічні і гірські грози несильні і короткочасні.
Грозова активність в різних районах нашої планети різна. Світові осередки гроз: острів Ява - 220 грозових днів на рік, Екваторіальна Африка - 150, Південна Мексика - 142, Панама - 132, Центральна Бразилія - 106. Росія: Мурманськ - 5, Архангельськ - 10, Санкт-Петербург - 15, Москва - 20. Як правило, чим південніше (для північної півкулі Землі) і на північ від (для південної півкулі Землі), тим вище грозова активність. Грози в Арктиці й Антарктиці дуже рідкісні. На Землі в рік відбувається 16 мільйонів гроз. На кожен м поверхні Землі припадає 2-3 удару блискавки в рік. В землю найчастіше вдаряють блискавки з негативно заряджених хмар.
По виду блискавки розрізняються на лінійні, перлинні і кульові.
Перлинні і кульові блискавки досить рідкісне явище.
Поширена лінійна блискавка, з якої багаторазово зустрічається будь-яка людина, має вигляд розгалужується лінії. Величина сили струму в каналі лінійної блискавки становить в середньому 60 - 170 кА, зареєстрована блискавка зі струмом 290 кА. Середня блискавка має енергію 250 кВт на годину (900 МДж).
Розряд розвивається за кілька тисячних часток секунди; при таких високих токах повітря в зоні каналу блискавки практично миттєво розігрівається до температури 30000 - 33000 ° С. В результаті різко підвищується тиск, повітря розширюється і виникає ударна хвиля, що супроводжується звуковим імпульсом - громом.
Перлова блискавка - дуже рідкісне і красиве явище. З'являється відразу після лінійної блискавки і зникає поступово. Найчастіше розряд перловою блискавки прямує шляхом лінійної. Блискавка має вигляд 12 м один від одного і нагадують перли, нанизані на нитку. Перлова блискавка може супроводжуватися значними звуковими ефектами.
Кульова блискавка також досить рідкісна. На тисячі звичайних лінійних блискавок доводиться 2 -3 кульових. Кульова блискавка, як правило, з'являється частіше до кінця грози, рідше - після грози. Може мати форму кулі, еліпсоїда, груші, диска і навіть ланцюга куль. Колір блискавки - червоний, жовтий, оранжево-червоний.
Небезпечні фактори впливу блискавки
У зв'язку з тим, що блискавка характеризується великими величинами струмів, напруг і температур розряду, вплив її на людину, як правило, призводить до їх смерті.
Від удару блискавки в світі в середньому щорічно гине близько 3000 осіб, причому відомі випадки одночасного ураження кількох людей.
Розряд блискавки проходить по шляху найменшого електричного опору:
- якщо розташувати поруч дві щогли - металеву і більш високу дерев'яну, то блискавка, швидше за все, вдарить в металеву щоглу, хоча вона нижча, тому що електропровідність металу вище;
- блискавка також значно частіше вдаряє в глинисті і вологі ділянки, ніж в сухі і піщані, оскільки перші мають більшу електропровідність;
- в лісі блискавка діє теж вибірково, потрапляючи, перш за все, в такі листяні дерева як дуб, тополя, верба, ясен, так як в них міститься багато крохмалю. Хвойні дерева - ялина, ялиця, модрина і такі листяні дерева як липа, волоський горіх, бук містять багато масел, тому надають велике електричний опір, і в них блискавка вдаряє рідше.
З 100 дерев блискавкою уражається 27% тополь, 20% груш, 12% лип, 8% ялин і тільки 0,5% кедрових.
крім поразки людей і тварин лінійна блискавка досить часто є причиною виникнення лісових пожеж, а також житлових і виробничих будівель, особливо в сільській місцевості. У зв'язку з цим необхідно приймати спеціальні захисту від ураження лінійної блискавкою.
Якщо природа лінійної блискавки ясна, а, отже, і її поведінка передбачувано, то природа кульової блискавки до сих пір не зрозуміла. Небезпека ураження людини кульовою блискавкою насамперед пов'язана саме з відсутністю методів і правил захисту людини від неї.
У 1753 році російський фізик Георг Вільгельм Рихман, колега М.В. Ломоносова, був убитий кульовою блискавкою під час грози при дослідженні іскрових розрядів в атмосфері. Відомо багато випадків загибелі людей при зустрічі з кульовою блискавкою.
Розміри кульової блискавки бувають від кількох сантиметрів до кількох метрів. Зазвичай вона легко ширяє або котиться над землею, іноді підскакує. Вона реагує на вітер, протяг, висхідні і низхідні потоки повітря. Однак відзначений випадок, коли кульова блискавка не реагувала на потік повітря.
Кульова блискавка може з'явитися, що не завдавши шкоди людині або приміщенню, залетіти у вікно і зникнути з приміщення через відкриті двері або димар, пролетівши повз людини. Будь-який контакт з нею призводить до важких травм, опіків, а в більшості випадків до смертельного результату. Кульова блискавка може вибухнути. Виникає при цьому повітряна хвиля здатна травмувати людину або привести до руйнувань в будівлі.
Відомі випадки вибухів блискавок в печах, димоходах, що призводило до руйнування останніх. Зібрані свідчення про поведінку кульової блискавки кажуть, що в більшості випадків вибухи не були небезпечні, важкі наслідки виникали в 10 випадках зі 100. Вважається, що кульова блискавка має температуру близько 5000 ° С і може викликати пожежу.
Правила поведінки під час грози
Спалах блискавки ми бачимо практично миттєво, та як світло поширюється зі швидкістю 300 000 км / с. Швидкість поширення звуку в повітрі дорівнює приблизно 344 м / с, тобто приблизно за 3 секунди звук проходить 1 кілометр. Блискавка небезпечна тоді, коли за спалахом тут же слід гуркіт грому, значить, грозова хмара знаходиться над Вами, і небезпека удару блискавки найбільш імовірна.
Ваші дії перед грозою і під час неї повинні бути наступними:
- виходити з дому, закрити вікна, двері і димоходи, подбати, щоб не було протягу, який може залучити кульову блискавку. Під час грози не топити грубку, так як дим, що виходить з труби має ^ високу електропровідність, і вірогідність удару блискавки в підноситься над дахом трубу зростає;
- під час грози подалі триматися від електропроводки, антен, вікон, дверей і всього іншого, пов'язаного з зовнішнім середовищем; що не надто біля стіни, поряд з якою росте високе дерево;
- під час прогулянки сховатися найближчим будівлю. Особливо небезпечна гроза в поле. При пошуку укриття віддайте перевагу металевої конструкції великих розмірів або конструкції з металевою рамою, житлового будинку або 'інший будівництві, захищеної блискавковідводом;
- якщо немає можливості сховатися в будівлі, не треба ховатися в невеликих сараях, під одинокими деревами;
- не лишатися на височинах і відкритих незахищених місцях, поблизу металевих або сітчастих огорож, великих металевих об'єктів, вологих стін, заземлення блискавковідводу;
- при відсутності укриття лягти на землю, при цьому перевагу слід віддати сухому піщаному грунту, віддаленого від водойми;
- якщо гроза застала Вас в лісі, необхідно сховатися на ділянці з нізкорослимі.деревьямі. Не можна ховатися під високими деревами, особливо соснами, дубами, тополями. Краще перебувати на відстані 30 м від окремо високого дерева. Зверніть увагу - чи немає поруч дерев, раніше уражених грозою, розщеплених. Краще триматися подалі від цього місця. Велика кількість уражених блискавкою дерев свідчить, що грунт на даній ділянці має високу електропровідність, і удар блискавки в цю ділянку місцевості досить імовірний;
- під час грози не можна перебувати на воді і біля води - купатися, ловити рибу. Необхідно подалі відійти від берега;
- в горах відійдіть від гірських гребенів, гострих піднімаються скель і вершин. При наближенні в горах грози потрібно спуститися якнайнижче. Металеві предмети - альпіністські гаки, льодоруби, каструлі - зібрати в рюкзак і спустити на мотузці на 20-30 м нижче по схилу;
- якщо ви захоплені грозою на велосипеді чи мотоциклі, припиніть рух, залиште їх і перечекайте грозу на відстані приблизно 30 м від них;
- якщо гроза застала Вас в автомобілі, не потрібно його залишати. Необхідно закрити вікна і опустити автомобільну антену. Рухатися під час грози на автомобілі не рекомендується, оскільки гроза як правило супроводжується зливою, що виключає видимість на дорозі, а спалах блискавки може засліпити і викликати переляк і, як наслідок, аварії;
- при зустрічі з кульовою блискавкою не проявляйте по відношенню до неї ніякої активності, по можливості зберігайте спокій і не рухайтеся. Не потрібно наближатися до неї, торкатися її чим-небудь, тому що може статися вибух. Не слід тікати від кульової блискавки, тому що це може спричинити її за собою виникли потоком повітря.
блискавкозахист
Ефективним засобом захисту від блискавки є громовідводи.
Пріоритет винаходу громовідводу належить американцеві Бенджаміну Франкліну (1749 г.). Дещо пізніше в 1758 р незалежно від нього, блискавковідвід винайшов М.В. Ломоносов.
Молніезашіта шляхом установки блискавковідводів заснована на властивості блискавки вражати найвищі і добре заземлені металеві споруди.
Блискавковідвід складається з трьох основних частин: блискавкоприймача, сприймає удар блискавки; токовода, що з'єднує блискавкоприймач з заземлювачем, через який струм блискавки стікає в землю. За типом монніепріемніков найбільш поширені стрижневі й тросові. Громовідводи поділяються на одиночні, подвійні і багаторазові.
Навкруги громовідводу утворюється зона захисту, тобто простір, в межах якого забезпечується захист будови або будь-якого іншого об'єкта від прямого удару блискавки. Ступінь захисту в зазначених зонах становить понад 95%. Це означає, що з 100 ударів блискавки в захищений об'єкт можливо менше 5 випадків потрапляння, інші удари будуть сприйняті молніепріемніком.
Зона захисту обмежується утворюють двох конусів, один з яких має висоту Ь, рівну висоті блискавковідводу, і радіус підстави К. = 0,75 Ь, а інший - висоту 0.8 п і радіус підстави 1,5 Ь (при радіусі підстави другого конуса К = п ефективність захисту забезпечується на 99%).
Блискавкоприймачі стрижневих блискавковідводів виготовляють зі сталі будь-якого профілю, як правило, круглого, перетином не менше 100 мм 2 і довжиною не менше 200 мм. Для захисту від корозії ох фарбують. Блискавкоприймачі тросових блискавковідводів виготовляють з металевих тросів діаметром близько 7 мм.
Тоководов повинні витримувати температуру при протіканні дуже великих струмів розряду блискавки протягом короткого проміжку часу, тому їх роблять з металів з невеликим опором. Перетин тоководов_на повітрі не повинно бути менше 48 мм 2, а в землі - 160 мм 2.
Заземлювачі є найважливішим елементом блискавкозахисту. Їх призначення - забезпечувати досить малий опір розтікання струму блискавки в грунті. В якості заземлювача можна використовувати зариті в землю на глибину 2 - 2,5 м металеві труби, плити, мотки дроту і сітки, шматки металевої арматури.
Громовідводи бажано встановлювати на височинах, щоб скоротити шлях блискавки і збільшити розміри зони захисту. Димарі, фронтони, виступи на даху, телевізійні антени потрібно заземлити за допомогою тоководов. Металеві водостічні труби і сходи, що ведуть на дах, бажано поєднати з тоководов або заземлити окремо.
При виконанні блискавкозахисту потрібно обов'язково дотримуватися таких вимог:
- перетин молниеприемника і тоководов повинні бути достатніми (не менше 48 мм);
- тоководов не повинні мати різких вигинів і жорсткого закріплення, ток як при розігріві струмом, що протікає вони розширюються і деформуються. Якщо тоководов проходять по даху або стіні з горючих матеріалів (руберойду, дерева) вони розташовуються на відстані близько 15 мм від поверхні даху або стіни.
- Заземлення блискавковідводу має бути не більше 20 см і розташовуватися не ближче 3 м від підземних комунікацій, що йдуть в будівлю, наприклад, водопровідних труб. Заземлення бажано розташовувати в місцях, малодоступних або рідко відвідуваних людьми і тваринами, щоб зменшити ймовірність ураження кроковим напругою. При недостатній провідності грунту (сухий піщаний грунт) його можна підсолити, при цьому його провідність збільшиться більш ніж в 10 разів.