Čo je to blesk a ako vzniká?

Pôvod búrkových oblakov

Hmla stúpajúca vysoko nad zem pozostáva z častíc vody a vytvára oblaky. Väčšie a ťažšie oblaky sa nazývajú kupovité oblaky. Niektoré oblaky sú jednoduché — nespôsobujú blesky ani hromy. Iné sa nazývajú búrky, pretože vytvárajú búrku, tvoria blesky a hromy. Búrkové oblaky sa líšia od bežných dažďových oblakov tým, že sú nabité elektrinou: niektoré sú pozitívne, iné negatívne.

Ako sa tvoria búrkové mraky? Každý vie, aký silný je vietor počas búrky. Ale ešte silnejšie vzdušné víry vznikajú vyššie nad zemou, kde lesy a hory nebránia pohybu vzduchu. Tento vietor vytvára v oblakoch prevažne pozitívnu a negatívnu elektrinu.

V strede každej kvapky je kladná elektrina a rovnaké množstvo zápornej elektriny sa nachádza pozdĺž povrchu kvapky. Padajúce kvapky dažďa sú zachytené vetrom a padajú do prúdov vzduchu. Vietor, ktorý kvapku zasiahne silou, ju rozbije na kúsky.V tomto prípade sa oddelené vonkajšie častice kvapôčky nabijú zápornou elektrinou.

Zvyšná väčšia a ťažšia časť kvapky je nabitá kladnou elektrinou. Časť oblaku, kde sa hromadia ťažké kvapky, je nabitá kladnou elektrinou. Dážď, ktorý padá z oblaku, prenáša časť elektriny z oblaku na zem, a tak medzi oblakom a zemou vzniká elektrická príťažlivosť.

Na obr. 1 je znázornené rozloženie elektriny v oblaku a na povrchu zeme. Ak je oblak nabitý zápornou elektrinou, potom v snahe o pritiahnutie sa kladná elektrina Zeme rozloží po povrchu všetkých vyvýšených objektov, ktoré vedú elektrický prúd. Čím vyššie je objekt stojaci na zemi, tým menšia je vzdialenosť medzi hornou a spodnou časťou oblaku a tým menšia je vrstva vzduchu, ktorá tu zostáva a vydáva opačnú elektrinu. Je zrejmé, že blesk na takýchto miestach ľahšie preniká do zeme. Viac vám o tom povieme neskôr.

Ryža. 1. Rozdelenie elektriny v búrkovom oblaku a pozemných objektoch

Čo spôsobuje blesk?

Keď sa blíži k vysokému stromu alebo domu, pôsobí naň elektrinou nabitý mrak. Na obr. 1 oblak nabitý zápornou elektrinou priťahuje kladnú elektrinu na strechu a záporná elektrina domu pôjde do zeme.

Elektrina – v oblaku aj na streche domu – má tendenciu sa navzájom priťahovať. Ak je v cloude veľa elektriny, tak sa vplyvom vplyvu tvorí veľa elektriny na dome.

Rovnako ako prichádzajúca voda môže narušiť priehradu a vrútiť sa do bystriny a zaplaviť údolie vo svojom neobmedzenom pohybe, tak elektrina, ktorá sa čoraz viac hromadí v oblakoch, môže nakoniec preraziť vrstvu vzduchu, ktorá ju oddeľuje od zemského povrchu, a ponáhľať sa. dole na zem, na opačnú elektrinu. Dojde k silnému výboju — medzi oblakom a domom prekĺzne elektrická iskra.

Toto je blesk, ktorý udrie do domu. Výboje blesku môžu nastať nielen medzi mrakom a zemou, ale aj medzi dvoma mrakmi nabitými rôznymi druhmi elektriny.

Čím silnejší je vietor, tým rýchlejšie sa oblak nabíja elektrinou. Vietor vynakladá určité množstvo práce, ktorá ide na oddelenie kladnej a zápornej elektriny.

Ako sa vyvíja blesk?

Blesk, ktorý udrie do zeme, pochádza najčastejšie z oblakov nabitých zápornou elektrinou. Úder blesku z takéhoto oblaku sa vyvíja týmto spôsobom.

Po prvé, malé množstvá elektrónov začnú prúdiť z mraku na zem v úzkom kanáli a vytvárajú vo vzduchu akýsi prúd.

Na obr. 2 znázorňuje túto iniciáciu tvorby blesku. V časti oblaku, kde sa začína vytvárať kanál, sa nahromadili elektróny s vysokou rýchlosťou pohybu, vďaka čomu ich pri zrážke s atómami vzduchu rozkladajú na jadrá a elektróny.

Ryža. 2. V oblaku sa začnú vytvárať blesky

Elektróny uvoľnené v tomto prípade sa tiež vrhnú na zem a opäť sa zrazia s atómami vzduchu a oddelia ich.Je to ako padanie snehu v horách, keď najprv malá hrudka, ktorá sa skotúľa, vyrastie pokrytá snehovými vločkami, ktoré sú na nej prilepené, a keď zrýchli let, stane sa z nej veľká lavína.

A tu elektrónová lavína zachytáva nové objemy vzduchu a rozdeľuje jeho atómy na kúsky. V tomto prípade sa vzduch ohrieva a so zvyšujúcou sa teplotou sa zvyšuje jeho vodivosť. Premení sa z izolátora na vodič. Cez výsledný vodivý kanál vzduchu z oblaku začne elektrina odvádzať stále viac a viac. Elektrina sa približuje k Zemi obrovskou rýchlosťou, ktorá dosahuje 100 kilometrov za sekundu.

V stotinách sekundy sa lavína elektrónov dostane na zem. Tým sa končí len prvá, takpovediac „prípravná“ časť blesku: blesk sa dostal na zem. Druhá, hlavná časť vývoja Lightning ešte len príde. Uvažovaná časť bleskového útvaru sa nazýva vodič. Toto cudzie slovo znamená v ruštine „vodca“. Sprievodca uvoľnil cestu druhej, silnejšej časti blesku; táto časť sa nazýva hlavná časť. Akonáhle sa kanál dostane k zemi, elektrina ním začne prúdiť oveľa prudšie a rýchlejšie.

Teraz existuje spojenie medzi zápornou elektrinou nahromadenou v kanáli a kladnou elektrinou, ktorá spadla na zem s kvapkami dažďa, a elektrickým pôsobením dochádza k výboju elektriny medzi oblakom a zemou. Takýto výboj je elektrický prúd obrovskej sily — táto sila je oveľa väčšia ako sila prúdu v bežnej elektrickej sieti.

Prúd pretekajúci kanálom sa veľmi rýchlo zvyšuje a po dosiahnutí maximálnej sily začne postupne klesať.Bleskový kanál, ktorým preteká taký silný prúd, sa veľmi zahrieva, a preto jasne žiari. Ale čas toku prúdu pri výboji blesku je veľmi krátky. Výboj trvá veľmi malé zlomky sekundy, a preto je elektrická energia vytvorená počas výboja relatívne malá.

Na obr. 3 je znázornený postupný pohyb bleskozvodu smerom k zemi (prvé tri obrázky vľavo).

Ryža. 3. Postupný vývoj bleskozvodu (prvé tri obrázky) a jeho hlavnej časti (posledné tri obrázky).

Posledné tri obrázky znázorňujú samostatné momenty vzniku druhej (hlavnej) časti blesku. Človek pri pohľade na blesk by samozrejme nerozoznal jeho sprievodcu od hlavnej časti, keďže idú za sebou extrémne rýchlo, na rovnakej ceste.

Po pripojení dvoch rôznych druhov elektriny sa prúd preruší. Zvyčajne sa blesk nezastaví. Často sa nový vodca okamžite rúti po ceste rozpálenej pri prvom hode a za ním je na tej istej ceste opäť očná časť hodu. Tým sa dokončí druhé vypúšťanie.

Takýchto samostatných kategórií môže byť až 50, pričom každá pozostáva z vlastného lídra a hlavného orgánu. Najčastejšie sú 2-3 z nich. Vzhľad samostatných výbojov spôsobuje, že blesk je prerušovaný a človek, ktorý sa pozerá na blesk, často vidí, že bliká. To spôsobuje blikanie blesku.

Čas medzi tvorbou samostatných výbojov je veľmi krátky. Nepresahuje stotiny s. Ak je počet výbojov veľmi veľký, môže trvanie blesku dosiahnuť celú sekundu alebo dokonca niekoľko sekúnd.

Zvažovali sme iba jeden typ blesku, ktorý je najbežnejší.Tento blesk sa nazýva lineárny blesk, pretože sa javí voľným okom ako čiara – úzky, jasný pás bielej, svetlomodrej alebo jasne ružovej farby.

Čiarový blesk má dĺžku od stoviek metrov až po mnoho kilometrov. Dráha blesku je zvyčajne kľukatá. Blesk má často veľa vetiev. Ako už bolo spomenuté, lineárne výboje blesku môžu vznikať nielen medzi oblakom a zemou, ale aj medzi oblakmi.

Guľový blesk

Okrem lineárnych sú však oveľa menej často iné typy bleskov. Budeme zvažovať jeden z nich, najzaujímavejší - guľový blesk.

Niekedy dochádza k výbojom blesku, ktoré sú ohnivé gule. Ako vzniká guľový blesk, ešte nebolo skúmané, no dostupné pozorovania tohto zaujímavého typu bleskového výboja nám umožňujú vyvodiť určité závery.

Najčastejšie má guľový blesk tvar vodného melónu alebo hrušky. Trvá pomerne dlho — od zlomku sekundy až po niekoľko minút.

Najbežnejšie trvanie guľového blesku je 3 až 5 sekúnd. Najčastejšie sa guľový blesk objavuje na konci búrky v podobe červených žiariacich gúľ s priemerom 10 až 20 centimetrov. V zriedkavých prípadoch je aj veľká. Odfotený bol napríklad blesk s priemerom asi 10 metrov.

Lopta môže byť niekedy oslnivo biela a má veľmi ostré obrysy. Guľový blesk zvyčajne vydáva syčanie, bzučanie alebo syčanie.

Guľový blesk môže potichu zhasnúť, ale môže vydávať slabé praskanie alebo dokonca ohlušujúci výbuch. Keď zmizne, často zanecháva štipľavú páchnucu hmlu. V blízkosti zeme alebo v interiéri sa guľový blesk pohybuje rýchlosťou bežiaceho muža – približne dva metre za sekundu.Môže chvíľu zostať v kľude a taká „usadená“ guľa syčí a hádže iskry, až kým nezmizne. Niekedy sa zdá, že guľový blesk je poháňaný vetrom, ale zvyčajne je jeho pohyb nezávislý od vetra.

Guľové blesky lákajú do uzavretých priestorov, kde prenikajú otvorenými oknami či dverami a niekedy aj malými škárami. Rúry sú pre nich dobrou cestou; preto ohnivé gule často vychádzajú z pecí v kuchyniach. Po cestovaní po miestnosti guľový blesk opúšťa miestnosť a často vychádza rovnakou cestou, akou vstúpil.

Niekedy blesk stúpa a padá dvakrát alebo trikrát vo vzdialenosti niekoľkých centimetrov až niekoľkých metrov. Súčasne s týmito vzostupmi a pádmi sa ohnivá guľa niekedy pohybuje v horizontálnom smere a potom sa zdá, že guľový blesk skáče.

Často sa guľový blesk "usadí" na drôtoch, uprednostňuje najvyššie body alebo sa valí pozdĺž drôtov, napríklad pozdĺž drenážnych rúr. Pohybujúce sa pozdĺž tiel ľudí, niekedy pod oblečením, ohnivé gule spôsobujú ťažké popáleniny a dokonca smrť. Existuje mnoho opisov prípadov smrteľného poškodenia ľudí a zvierat bleskom. Tepelný blesk môže spôsobiť veľmi vážne poškodenie budov.

Kde udrie blesk?

Keďže blesk je elektrický výboj cez hrúbku izolantu – vzduchu, najčastejšie k nemu dochádza tam, kde bude vrstva vzduchu medzi mrakom a akýmkoľvek objektom na povrchu zeme menšia. Priame pozorovania to ukazujú: blesk má tendenciu udierať do vysokých zvoníc, stožiarov, stromov a iných vysokých predmetov.

Blesky sa však rútia nielen do vysokých objektov.Z dvoch susedných stožiarov rovnakej výšky, jedného z dreva a druhého z kovu, stojacich neďaleko od seba, sa blesky zrútia na kovový. Stane sa to z dvoch dôvodov: Po prvé, kov vedie elektrinu oveľa lepšie ako drevo, aj keď je mokrý. Po druhé, kovový stožiar je dobre spojený so zemou a elektrina zo zeme môže voľnejšie prúdiť na stožiar počas vývoja vodcu.

Posledná okolnosť sa široko používa na ochranu rôznych budov pred bleskom. Čím väčšia je povrchová plocha kovového stožiara v kontakte so zemou, tým ľahšie prejde elektrina z oblaku do zeme.

Dá sa to prirovnať k tomu, ako sa prúd tekutiny naleje cez lievik do fľaše. Ak je otvor v lieviku dostatočne veľký, prúd pôjde priamo do fľaše. Ak je otvor v lieviku malý, kvapalina začne pretekať cez okraj lievika a vyleje sa na podlahu.

Blesk môže udrieť aj na rovný povrch zeme, no zároveň sa rúti tam, kde je väčšia elektrická vodivosť pôdy. Takže napríklad mokrú hlinu alebo močiare zasiahne blesk skôr ako suchý piesok alebo kamenistú suchú pôdu. Z rovnakého dôvodu udierajú blesky na brehy riek a potokov a uprednostňujú ich pred vysokými, ale suchými stromami týčiacimi sa v ich blízkosti.

Táto charakteristika blesku - ponáhľať sa k dobre uzemneným a dobre vodivým telám - sa široko používa na implementáciu rôznych ochranných zariadení.