Муніципальне загальноосвітній заклад
Гімназія В«Лабораторія Салахова В»
Творча робота з фізики
на тему: Електричні явища в природі: блискавка
Історія
В
Електрична природа блискавки була розкрита в дослідженнях американського фізика Б. Франкліна, по ідеї якого був проведений досвід по витяганню електрики з грозової хмари. Широко відомий досвід Франкліна щодо з'ясування електричної природи блискавки. У 1750 їм опублікована робота, в якій описаний експеримент з використанням повітряного змія, запущеного в грозу. Досвід Франкліна був описаний в роботі Джозефа Прістлі. h2> Фізичні властивості блискавки
Середня довжина блискавки 2,5 км, деякі розряди тягнуться в атмосфері на відстань до 20 км.
В
Формування блискавки
Найбільш часто блискавка виникає в купчасто-дощових хмарах, тоді вони називаються грозовими; іноді блискавка утворюється в шарувато-дощових хмарах, а також при вулканічних виверженнях, торнадо і пилових бурях.
Зазвичай спостерігаються лінійні блискавки, які відносяться до так званих безелектродним розрядами, так як вони починаються (і закінчуються) в скупченнях заряджених частинок. Це визначає їх деякі до цих пір не пояснені властивості, що відрізняють блискавки від розрядів між електродами. Так, блискавки не бувають коротше декількох сотень метрів; вони виникають в електричних полях значно слабкіших, ніж поля при міжелектродних розрядах; збір зарядів, які переносяться блискавкою, відбувається за тисячні долі секунди з мільярдів дрібних, добре ізольованих один від одного частинок, розташованих в обсязі кілька км Ві. Найбільш вивчений процес розвитку блискавки в грозових хмарах, при цьому блискавки можуть проходити в самих хмарах - внутрішньохмарні блискавки, а можуть ударяти в землю - наземні блискавки. Для виникнення блискавки необхідно, щоб у відносно малому (але не менше деякого критичного) обсязі хмари утворилося електричне поле з напруженістю, достатньою для початку електричного розряду (~ 1 МВ/м), а в значній частині хмари існувало б поле з середньою напруженістю, достатньою для підтримки розпочатого розряду (~ 0,1-0,2 МВ/м). У блискавки електрична енергія хмари перетворюється на теплову та світлову.
В
Наземні блискавки
Процес розвитку наземної блискавки складається з декількох стадій. На першій стадії, в зоні, де електричне поле досягає критичного значення, починається ударна іонізація, створювана спочатку вільними електронами, завжди наявними в невеликій кількості в повітрі, які під дією електричного поля набувають значні швидкості у напрямку до землі і, стикаючись з молекулами, складовими повітря, іонізують їх. За більш сучасними уявленнями, розряд ініціюють високоенергетичні космічні промені, які запускають процес, який отримав назву пробою на тікають електронах. Таким чином, виникає електронна лавина, що переходять у нитки електричних розрядів - Стримери, що представляють собою добре провідні канали, які, зливаючись, дають початок яскравому термоіонізованному каналу з високою провідністю - ступенчатому лідеру блискавки.
Рух лідера до земної поверхні відбувається ступенями в кілька десятків метрів зі швидкістю ~ 50 000 кілометрів на секунду, після чого його рух призупиняється на кілька десятків мікросекунд, а свічення сильно слабшає; потім у наступній стадії лідер знову просувається на декілька десятків метрів. Яскраве свічення охоплює при цьому всі пройдені ступені; потім слідують знову зупинка і ослаблення світіння. Ці процеси повторюються при русі лідера до поверхні землі з середньою швидкістю 200 000 метрів в секунду.
За міру просування лідера до землі напруженість поля на його кінці посилюється і під його дією з виступаючих на поверхні Землі предметів викидається у відповідь стример, з'єднується з лідером. Ця особливість блискавки використовується для створення громовідводу.
У заключній стадії за іонізованному лідером каналу слід зворотний (знизу вгору), або головний, розряд блискавки, характеризується струмами від десятків до сотень тисяч ампер, яскравістю, що помітно перевищує яскравість лідера, і великий швидкістю просування, що спочатку доходить до ~ 100 000 кілометрів на секунду, а наприкінці зменшується до ~ 10 000 кілометрів на секунду. Температура каналу при головному розряді може перевищувати 25 000 В° C. Довжина каналу блискавки може бути від 1 до 10 км, діаметр - кілька сантиметрів. Після проходження імпульсу струму іонізація каналу і його свічення слабшають. У фінальної стадії струм блискавки може тривати соті і навіть десяті частки секунди, досягаючи сотень і тисяч ампер. Такі блискавки називають затяжними, вони часто викликають пожежі.
Головний розряд розряджає нерідко тільки частина хмари. Заряди, розташовані на великих висотах, можуть дати початок новому (стріловидному) лідеру, який рухається безперервно зі швидкістю в ...
