Узнайте о температуре молнии и ее связи с интенсивностью тока. Расчеты и изучение молнии в научных исследованиях. История изучения молнии и ее проявления в природе.
Cодержание
Мо́лния — электрический искровой разряд в атмосфере, происходит во время грозы, проявляющийся яркой вспышкой света и сопровождающим её громом. Молнии также были зафиксированы на Венере, Юпитере, Сатурне, Уране и др.[1] Сила тока в разряде молнии на Земле составляет в среднем 30 кА, иногда достигает 200 кА[2], напряжение — от десятков миллионов до миллиарда вольт[1].
Самые длинные и продолжительные молнии
Самая длинная молния была зафиксирована 29 апреля 2020 года на границе штатов Миссисипи и Техас. Она простиралась от Хьюстона до юго-востока Миссисипи, что равно расстоянию между Колумбусом (штат Огайо) и Нью-Йорком. Её протяжённость составила 768 км (предыдущий рекорд в 709 км был зафиксирован в южной Бразилии 31 октября 2018 года[3][4]). Самая продолжительная молния была зафиксирована 18 июня 2020 года в Аргентине, её длительность составила 17,1 секунды[4][5](предыдущий рекорд был зарегистрирован 4 марта 2019 года также в северной Аргентине и составил 16,73 секунд[3][4]). Рекордно большая разность потенциалов во время грозы в 1,3 ГВ была зарегистрирована в 2014 г.[6] Самая мощная молниевая активность была зарегистрирована 15 января 2022 года во время извержения вулкана Хунга-Тонга-Хунга-Хаапай — фиксировалось более 2600 вспышек в минуту, тогда же зафиксирована самая высотная оптическая молния на высоте 20-30 км.[7]
История изучения молнии
Молния издревле является объектом интереса со стороны человека. Её опасные проявления были известны ещё с глубокой древности. В язычестве молнию считали деятельностью наиболее могущественных богов: Зевса в древнегреческой мифологии, Тора — в скандинавской, Перуна — в славянской. Поражение молнией считалось карой божьей. Соответственно, для защиты от молнии совершались определённые ритуалы и обряды. Из античной и славянской мифологии представление о молнии, как об инструменте божественной деятельности перекочевало и в христианство. Несмотря на восприятие молнии как проявления высших сил, тем не менее, уже в античности были выявлены определённые закономерности в поражении объектов молнией. Ещё Фалесом было описано, что молния чаще всего ударяет в высокие отдельно стоящие объекты. В Средние века молния часто становилась причиной пожаров в деревянных городах, откуда пошло правило, что нельзя строить дома выше храма. Храмы, расположенные, как правило на возвышенных местах, выполняли в этих случаях роль молниеотводов. Было также замечено, что металлизированные (в те годы — в основном, позолоченные) купола реже поражаются молнией.
См. также
Расчеты температуры молнии
Точную температуру молний в современных реалиях науке пока сложно рассчитать. Прямой удар молнии (ПУМ) может расплавить электрический кабель или кровельное покрытие, вызвав тем самым возгорание. Ученые из Китая обнаружили математическую связь между интенсивностью тока и температурой внутри молнии.
Молния — это электрический разряд между заряженными облаками и земной поверхностью или между двумя заряженными облаками. Как правило, она появляется во время грозы, когда различные заряды накапливаются в атмосфере.
Причина возникновения молнии заключается в том, что облака содержат заряды разной направленности. Когда заряды становятся достаточно высокими, они начинают искать пути для выравнивания своих зарядов, приводя к возникновению электрического разряда в виде молнии.
Когда происходит разряд молнии, его сила может достигать миллионов вольт, и ток может достигать сотен тысяч ампер.
Расчеты температуры молнии
Хотя каждый день на Земле происходит приблизительно 100 000 ударов молнии. Случайность происшествий не дает ученым эффективно или систематически изучать их.
В лабораторных испытаниях при помощи системы генерации импульсных токов, были воспроизведены искусственные молнии с токами до десятков тысяч ампер. Естественный удар молнии обычно несет в среднем 20-30 000 ампер тока. Конечно, есть и другие факторы, такие как размер и настройка естественной молнии, которые не могут быть воспроизведены в лаборатории, но только с точки зрения чистого выходного тока, молния, генерируемая устройством, может дать ответы на существующие вопросы. Во время испытаний были воспроизведены молнии с температурой до 17000 градусов по Фаренгейту, что в два раза выше, чем у поверхности Солнца. При таких высоких значениях ни один термометр либо не выдержит, либо не отреагирует достаточно быстро, чтобы зарегистрировать температуру удара молнии. К счастью, в молнии присутствует такое явление как свет. Ученые смогли записать температуру молнии в течение миллисекунды, измеряя интенсивность света на различных длинах волн. После удара молнии в одно и то же место исследователи пришли к выводу, что соотношение между током и температурой молнии является в высокой степени логарифмическим, что означает о разности температур между ударами молнии с 1000 и 10000 ампер аналогична разнице температур с 10000 и 100 000 ампер. Этот результат является убедительным доказательством предыдущих теоретических прогнозов, которым не хватало поддержки данных.
Температура молнии выше температуры солнца
Температура молнии 30 тысяч градусов - в пять раз выше, чем на поверхности Солнца. Напряжение может достигать 16 миллионов вольт. Ток - 200 тысяч ампер.
Молния облако-земля является наиболее изученным типом молнии. Процесс ее развития состоит из нескольких стадий. На первой стадии в зоне, где электрическое поле достигает критического значения, начинается ударная ионизация, создаваемая свободными зарядами, которые приобретают значительные скорости под воздействием электрического поля и ионизируют молекулы воздуха. Затем возникают электронные лавины, переходящие в нити электрических разрядов - стримеры, которые сливаются и образуют яркий термоионизованный канал с высокой проводимостью - ступенчатый лидер молнии.
Движение лидера к земной поверхности происходит ступенями с очень высокой скоростью, прекращается на мгновение, а затем продвигается дальше. Яркое свечение охватывает все пройденные ступени. По мере продвижения лидера, напряженность поля на его конце усиливается и из выступающих предметов на земле выбрасывается ответный стример, соединяющийся с лидером. Затем следует главный разряд молнии, характеризующийся очень большим током и высокой температурой. Продолжительность главного разряда может составлять доли секунды, а его длина - до нескольких километров. После главного разряда может последовать несколько повторных разрядов.
Что нам скажет Википедия?
Молния облако-земля является наиболее изученным типом молнии. Процесс ее развития состоит из нескольких стадий. На первой стадии в зоне, где электрическое поле достигает критического значения, начинается ударная ионизация, создаваемая свободными зарядами, которые приобретают значительные скорости под воздействием электрического поля и ионизируют молекулы воздуха. Затем возникают электронные лавины, переходящие в нити электрических разрядов - стримеры, которые сливаются и образуют яркий термоионизованный канал с высокой проводимостью - ступенчатый лидер молнии.
Движение лидера к земной поверхности происходит ступенями с очень высокой скоростью, прекращается на мгновение, а затем продвигается дальше. Яркое свечение охватывает все пройденные ступени. По мере продвижения лидера, напряженность поля на его конце усиливается и из выступающих предметов на земле выбрасывается ответный стример, соединяющийся с лидером. Затем следует главный разряд молнии, характеризующийся очень большим током и высокой температурой. Продолжительность главного разряда может составлять доли секунды, а его длина - до нескольких километров. После главного разряда может последовать несколько повторных разрядов.
