Почему и за что бьет молния. Что делать во время грозы, чтобы не ударила молния

Так как молния представляет собою электрический разряд через толщу изолятора - воздуха, то он происхо­дит чаще всего там, где слой воздуха между тучей и ка­ким-либо предметом на поверхности земли будет меньше. Непосредственные наблюдения это и показывают: молния стремится поразить высокие колокольни, мачты, деревья и другие высокие предметы.

Однако, молния устремляется не только к высоким предметам. Из двух соседних мачт одинаковой высоты, сделанных одна из дерева, а другая из металла, и стоя­щих невдалеке одна от другой (рис. 15), молния устре­мится к металлической. Произойдёт это по двум причи­нам. Во-первых, металл проводит электрический ток гораздо лучше, чем дерево, даже если оно сырое. Во-вто­рых, металлическая мачта соединена хорошо с землёй, и электричество из земли может во время развития ли­дера свободнее подтекать к мачте.

Последнее обстоятельство широко используют для за­щиты различных строений от ударов молнии. Чем боль­шая поверхность металла мачты соприкасается с землёй, тем легче электричеству из тучи перейти в землю. Это можно сравнить с тем, как струя жидкости льётся через воронку в бутылку. Если отверстие в воронке достаточно большое, струя будет сразу же уходить в бутылку.

Если же отверстие в воронке невелико, то жидкость нач­нёт переливаться через край воронки и выливаться на пол.

Молния может ударить и в ровную поверхность зем­ли, но при этом она тоже устремляется туда, где элек­трическая проводимость почвы больше. Так, например, сырая глина или болотистое место поражаются молнией скорее, чем сухой песок или каменистая сухая почва. По той же причине молния поражает берега рек и ручьев, предпочитая их возвышающимся вблизи них высоким, но сухим деревьям.

Эту особенность молнии - устремляться к хорошо со­единённым с землёй и хорошо проводящим телам - ши­роко используют для осуществления различных защитных устройств. Об этом будет сказано в последней главе на­шей книжки.

Так как молния состоит из воздуха, раскалённого до очень высокой температуры, то соприкосновение её с раз­личными горючими материалами воспламеняет их. Темпе­ратура канала разряда достигает десятков тысяч граду­сов; это - во много раз больше температуры горящей спички, пламенем которой можно зажечь бумагу, солому, дерево, керосин и много других материалов. Правда, каждые отдельные вспышки молнии длятся, как мы ви­дели, очень короткое время, но и за это время многие материалы могут воспламениться.

Даже неполный подсчёт показывает, что в СССР за 1938 и 1939 голы имело место около 6000 пожаров, вы­званных грозовыми разрядами.

Наибольшее число пожаров от молнии приходится на сельские местности. Это понятно, так как там строения часто имеют деревянные или соломенные крыши, кото­рые легко загораются.

Ущерб, приносимый молниями в промышленности, до­вольно значителен. Например, в Америке 55% пожаров нефти, за последние 20 лет, вызвано грозовыми разрядами. Из произошедших там в 1937 г. 620 тысяч пожаров около 20 тысяч возникло от молнии.

При ударе молнии в тонкие проволоки, например в телеграфные провода, они нагреваются и могут распла­виться.

Иногда проволока после прохождения по ней грозо­вого разряда совершенно исчезает. Это значит, что она испарилась, превратившись в металлические пары, совер­шенно так же, как вода улетучивается из кастрюли при кипячении, превратившись в пар.

Падая на землю, молния пробивает некоторый слой почвы и своим жаром спекает или остекляет песок, остав­ляя длинные трубки. Молния оставляет как бы расписки на земле.

Еще 250 лет назад знаменитый американский ученый и общественный деятель Бенджамин Франклин установил, что молния — это электрический разряд. Но до сих пор раскрыть до конца все тайны, которые хранит молния, не удается: изучать это природное явление сложно и опасно.

(20 фото молний + видео Молния в замедленной съёмке)

Внутри тучи

Грозовую тучу не спутаешь с обычным облаком. Ее мрачный, свинцовый цвет объясняется большой толщиной: нижний край такой тучи висит на расстоянии не более километра над землей, верхний же может достигать высоты 6-7 километров.

Что происходит внутри этой тучи? Водяной пар, из которого состоят облака, замерзает и существует в виде ледяных кристаллов. Восходящие потоки воздуха, идущие от нагретой земли, увлекают мелкие льдинки вверх, заставляя их все время сталкиваться с крупными, оседающими вниз.

Кстати, зимой земля нагревается меньше, и в это время года, практически, не образуется мощных восходящих потоков. Поэтому зимние грозы — крайне редкое явление.

В процессе столкновений льдинки электризуются, точно так же, как это происходит при трении различных предметов один о другой, — например, расчески о волосы. Причем, мелкие льдинки приобретают заряд положительный, а крупные — отрицательный. По этой причине верхняя часть молниеобразующего облака приобретает положительный заряд, а нижняя — отрицательный. Возникает разность потенциалов в сотни тысяч вольт на каждом метре расстояния — как между облаком и землей, так и между частями облака.

Развитие молнии

Развитие молнии начинается с того, что в некотором месте облака возникает очаг с повышенной концентрацией ионов — молекул воды и, составляющих воздух, газов, от которых отняли или к которым добавили электроны.

По одним гипотезам, такой очаг ионизации получается из-за разгона в электрическом поле свободных электронов, всегда имеющихся в воздухе в небольших количествах, и соударением их с нейтральными молекулами, которые сразу же ионизируются.

По другой гипотезе, начальный толчок вызывается космическими лучами, которые все время пронизывают нашу атмосферу, ионизируя молекулы воздуха.

Ионизированный газ служит неплохим проводником электричества, поэтому через ионизированные области начинает течь ток. Дальше — больше: проходящий ток нагревает область ионизации, вызывая всё новые высокоэнергетичные частицы, которые ионизируют близлежащие области, — канал молнии очень быстро распространяется.

Вслед за лидером

На практике процесс развития молнии происходит в несколько стадий. Сначала передний край проводящего канала, называемый «лидером», продвигается скачками по нескольку десятков метров, каждый раз, немного меняя направление (от этого молния получается извилистой). Причем скорость продвижения «лидера» может, в отдельные моменты, достигать 50 тысяч километров за одну-единственную секунду.

В конце концов, «лидер» достигает земли или другой части облака, но это еще не главная стадия дальнейшего развития молнии. После того, как ионизированный канал, толщина которого может достигать нескольких сантиметров, оказывается «пробит», по нему с огромной скоростью — до 100 тысяч километров всего за одну секунду — устремляются заряженные частицы, это и есть сама молния.

Ток в канале составляет сотни и тысячи ампер, а температура внутри канала, при этом, достигает 25 тысяч градусов — потому молния и дает столь яркую вспышку, видимую за десятки километров. А мгновенные перепады температур, в тысячи градусов, создают сильнейшие перепады давления воздуха, распространяющиеся в виде звуковой волны — грома. Этот этап длится очень недолго — тысячные доли секунды, но энергия, которая при этом выделяется, огромна.

Конечная стадия

На конечной стадии скорость и интенсивность движения зарядов в канале снижается, но, все равно, остаются достаточно большими. Именно этот момент наиболее опасен: конечная стадия может длиться только десятые (и даже меньше) доли секунды. Такое, достаточно длительное, воздействие на предметы на земле (например, на сухие деревья) часто приводит к пожарам и разрушениям.

Причем, как правило, одним разрядом дело не ограничивается — по проторенному пути могут двинуться новые «лидеры», вызывая в том же самом месте повторные разряды, по количеству доходящих до нескольких десятков.

Несмотря на то, что человечеству известна молния с момента появления самого человека на Земле, до настоящего времени она до конца еще не изучена.

Молния - это мощный электрический разряд. Он возникает при сильной электризации туч или земли. Поэтому разряды молнии могут происходить или внутри облака, или между соседними наэлектризованными облаками, или между наэлектризованным облаком и землей. Разряду молнии предшествует возникновение разности электрических потенциалов между соседними облаками или между облаком и землей.

Электризация, то есть образование сил притяжения электрической природы, всем хорошо знакома из повседневного опыта.

Что вызывает электризацию облаков? Ведь они не трутся друг о друга, как это происходит при образовании электростатического заряда на волосах и на расческе.

Грозовое облако - это огромное количество пара, часть которого сконденсирована в виде мельчайших капелек или льдинок. Верх грозового облака может находиться на высоте 6-7 км, а низ нависать над землей на высоте 0,5-1 км. Выше 3-4 км облака состоят из льдинок разного размера, так как температура там всегда ниже нуля. Эти льдинки находятся в постоянном движении, вызванном восходящими потоками теплого воздуха от нагретой поверхности земли. Мелкие льдинки легче, чем крупные, увлекаются восходящими потоками воздуха. Поэтому "шустрые" мелкие льдинки, двигаясь в верхнюю часть облака, все время сталкиваются с крупными. Каждое такое столкновение приводит к электризации. При этом крупные льдинки заряжаются отрицательно, а мелкие - положительно. Со временем положительно заряженные мелкие льдинки оказываются в верхней части облака, а отрицательно заряженные крупные - внизу. Другими словами, верх грозовой тучи заряжен положительно, а низ - отрицательно.

Электрическое поле тучи имеет огромную напряженность - около миллиона В/м. Когда большие противоположно заряженные области подходят достаточно близко друг к другу, некоторые электроны и ионы, пробегая между ними, создают светящийся плазменный канал, по которому за ними устремляются остальные заряженные частицы. Так происходит молниевый разряд.

Во время этого разряда выделяется огромная энергия - до миллиарда Дж. Температура канала достигает 10 000 К, что и рождает яркий свет, который мы наблюдаем при разряде молнии. Облака постоянно разряжаются по этим каналам, и мы видим внешние проявления данных атмосферных явлений в виде молний.

Раскаленная среда взрывообразно расширяется и вызывает ударную волну, воспринимаемую как гром.

Мы и сами можем смоделировать молнию, пусть миниатюрную. Опыт следует производить в темном помещении, иначе ничего не будет видно. Нам потребуется два продолговатых воздушных шарика. Надуем их и завяжем. Затем, следя, чтобы они не соприкасались, одновременно натрем их шерстяной тряпочкой. Воздух, наполняющий их, электризуется. Если шарики сблизить, оставив между ними минимальный зазор, то от одного к другому через тонкий слой воздуха начнут проскакивать искры, создавая световые вспышки. Одновременно мы услышим слабое потрескивание - миниатюрную копию грома при грозе.

Каждый, кто видел молнию, заметил, что это не ярко светящаяся прямая, а ломаная линия. Поэтому процесс образования проводящего канала для разряда молнии называют ее "ступенчатым лидером". Каждая из таких "ступенек" - это место, где разогнавшиеся до околосветовых скоростей электроны остановились из-за столкновений с молекулами воздуха и изменили направление движения.

Таким образом, молния - это пробой конденсатора, у которого диэлектриком является воздух, а обкладками - облака и земля. Емкость такого конденсатора невелика - примерно 0,15 мкФ, но запас энергии огромен, так как напряжение достигает миллиарда вольт.

Одна молния состоит обычно из нескольких разрядов, каждый из которых длится всего несколько десятков миллионных долей секунды.

Наиболее часто молния возникает в кучево-дождевых облаках. Молния бывает также при вулканических извержениях, торнадо и пылевых бурях.

Существует несколько видов молний по форме и по направлению разряда. Разряды могут происходить:

• между грозовым облаком и землей,
• между двумя облаками,
• внутри облака,
• уходить из облака в чистое небо.

Если объяснять без заумных физических терминов, то молния всегда бьёт по самому высокому предмету. Потому что молния - это электрический разряд, а он проходит по пути меньшего сопротивления. Именно поэтому он в первую очередь ударит по самому высокому дереву в поле и по самому высокому зданию в городе. Например, в Останкинскую телебашню молния попадает около 50 раз в год!

Длина молнии может составлять до 20 км, а её диаметр - от 10 до 45 см. «Живёт» молния десятые части секунды, а её средняя скорость - 150 км/с. При этом сила тока в молнии доходит до 200 000 А.

Что делать, если молния застала вас на открытой местности

• Не прячьтесь под высокие деревья, особенно единичные. Самыми опасными в данном случае считаются лиственные деревья, например дуб и тополь. А вот в хвойные деревья молния попадает намного реже, потому что в них есть эфирные масла, имеющие электрическое сопротивление (кстати, липа, орех и бук также в зоне безопасности, в них тоже есть масла). При этом попадание в кусты или невысокие заросли крайне маловероятно.
• На открытом пространстве лучше всего прятаться в яме или траншее. При этом ни в коем случае не ложитесь на землю: лучше присесть, слегка пригнув голову, чтобы она не была выше окружающих предметов. Ноги держите вместе, чтобы снизить площадь возможного поражения.
• Не бегайте. Воздушный поток, который вы создаёте при беге, может привлечь шаровую молнию.
• Сложите зонт и отключите мобильный, а также избавьтесь от других металлических предметов: сложите их на безопасном расстоянии (хотя бы 15 м).
• Если вас двое или трое, каждый должен найти для себя отдельное укрытие, поскольку наше тело - это отличный проводник для разряда.
• Не купайтесь в водоёмах во время грозы. Если непогода застала вас врасплох, не бегите из воды и не размахивайте руками. Спокойно и медленно выйдите из водоёма.
• Если вы находитесь в горах, избегайте резких выступов и возвышений.

Как узнать, что молния вот-вот ударит

Если вы находитесь на открытой местности и вдруг почувствовали, что волосы становятся дыбом, а кожу слегка покалывает, или ощутили вибрацию, исходящую от предметов, это значит, что сейчас бахнет.

Такие ощущения появляются за 3–4 секунды до удара молнии. Немедленно нагнитесь вперёд, положив руки на колени (ни в коем случае не на землю!), пятки приставьте друг к другу, чтобы разряд не прошёл через тело.

Что делать, если во время грозы вы находитесь в помещении

• Закройте форточки, окна и двери.
• Отключите электроприборы от розеток.
• Отойдите от окон и металлических предметов.
• Если нужно срочно позвонить, сделайте это сразу после грозового разряда - и быстро.

Что будет, если молния ударит в человека

Когда в человека ударяет молния, разряд вызывает общие нарушения. В тех местах, куда молния вошла и где вышла, могут образоваться ожоги или древообразные красные полосы. Если поражение было слабым, появляется шум в ушах, общая слабость.

А вот при тяжёлом поражении человек может упасть в обморок, у него резко снижается температура тела, замедляется сердцебиение, может остановиться дыхание. Но пострадавшего ещё можно успеть спасти.

Можно ли выжить после удара молнией

Да. Во-первых, несмотря на высокую температуру во время разряда, воздействие длится совсем недолго и далеко не всегда приводит даже к серьёзным ожогам.

Во-вторых, основной ток часто проходит по поверхности тела, поэтому в большинстве случаев удар молнией не смертельный. По разным оценкам смерть наступает в 5–10% случаев.

Вероятность выжить увеличивается, если рядом находится человек, который умеет делать искусственное дыхание и массаж сердца. Даже если человек кажется мёртвым, обязательно попытайтесь оказать ему . Потому что шанс на выживание есть всегда!

Как оказать первую помощь при ударе молнией

1. Потерпевшего нужно положить на твёрдую поверхность.
2. Если человеку повезло и у него просто шок (потеря речи, обморок), попробуйте вывести его из этого состояния. Если случайно есть с собой нашатырь, используйте его. Звоните в скорую.
3. Если человек без сознания и не дышит, нужно как можно скорее сделать искусственное дыхание рот в рот и непрямой массаж сердца.
4. Пробуйте безостановочную реанимацию. У вас есть максимум 15 минут, после чего шансы на спасение при сильном поражении крайне малы.