Молния и ее характеристики

 ^{Введение}

 Сегодня человек  знает о молнии достаточно, чтобы  навсегда избавиться от мистического страха древних перед нею и разумно создавать молнестойкую технику. Линии электропередачи, небоскребы, суда, авиалайнеры и космические корабли все меньше страдают от молнии, но все-таки страдают! На каждом этапе технического прогресса молния подстерегает с новым оружием и продолжает войну по новым, только ей известным правилам. Чем совершеннее и умнее становится техника, чем плотнее она набивается электроникой и полнее способна заменить человека, тем изощреннее действует молния. Она нападает с неожиданной стороны и на какое-то время снова делает нас беспомощными.

 Удары молнии представляют опасность для жизни  людей, наносят ущерб народному хозяйству и личной собственности граждан, вызывая пожары и взрывы. Особенно опасна молния в сельской местности. Характер сельскохозяйственных работ связан с пребыванием людей в открытой местности даже в плохую погоду - Протяженные воздушные линии разного назначения (электрические, телефонные и радиотрансляционные) достаточно часто поражаются молнией и являются тем путем, по которомv очень высокие напряжения, создаваемые на проводах молнией, проникают в жилые дома и хозяйственные помещения. Возникающие в результате этого разряды с проводки на землю могут поразить находящихся поблизости людей и воспламенить деревянные конструкции дома. У нас в стране пожары от ударов молнии составляют около 7% по отношению к общему их числу и происходят в основном в сельской местности..

 В городах  наличие высоких зданий, принимающих  на себя удары молнии, и насыщенность их хорошо заземленными трубопроводами (систем водоснабжения, канализации, отопления) создают более благоприятные условия для защиты от молнии. Однако и в городах молния может быть причиной гибели людей и разрушений. Особенно опасны поражения молнией пожароопасных и взрывоопасных    промышленных здании  и сооружений.

 Опасность поражения  людей, а также хозяйственные  убытки неизмеримо уменьшаются, если жилые дома, общественные здания и производственные сооружения надлежащим образом защищены от молнии. 
 

1. Молния  и ее характеристики.

1. Электризация  грозовых облаков

 Молния представляет собой электрический разряд в атмосфере между заряженным облаком и землей, между разноименно заряженными частями облака или соседними облаками. Разряду молнии предшествует процесс разделения и накопления электрических зарядов в грозовых облаках, происходящий в результате возникновения в облаках мощных восходящих воздушных потоков и интенсивной конденсации в них водяных паров.

 Восходящие  потоки обрадуются при нагреве прилегающего к поверхности земли воздуха в жаркие летние дни или же на стыке теплого и холодного фронтов воздуха. Поднимаясь, воздух попадает в область более низкого давления. В результате этого он расширяется и охлаждается. В основании облака содержащийся в воздухе водяной пар начинает конденсироваться, образуя капли воды. При конденсации водяных паров, а затем и при замерзании капель воды выделяется тепло. Воздух в облаке за счет этого оказывается теплее окружающего воздуха и продолжает подниматься. В результате восходящий поток достигает стратосферы. Развивающееся грозовое облако, по образному выражению одного из исследователей молнии В. Шонланда, является «как бы громадной вытяжной трубой, в которой воздуху по мере поднятия сообщается дополнительное тепло». Вершина грозовых облаков находится на высоте 8—15 км, а основание—на высоте 0,5—3,5 км. Скорость потока воздуха в грозовом облаке может достигать 30 м/с. Время его жизни 1 — 4 ч.

 Капли воды, достигшие области минусовых  температур, замерзают. Замерзание начинается с поверхности капли, которая покрывается тонким слоем льда. Выделяющееся при этим тепло поддерживает температуру внутри капли около 0°С. Имеющиеся в воде положительные ионы под действием разности температур перемещаются к поверхностному слою капли и заряжают его положительно, в то время как жидкой сердцевине сообщается при этом избыточный отрицательный заряд. Когда замерзает сердцевина капли, то вследствие ее расширения ранее замерзший поверхностный слой лопается к положительно заряженные осколки его уносятся потоком воздуха в верхние части облака (рис, I). Таким обрядом, нижняя часть грозового облака оказывается заряженной отрицательно, а вершина — положительно.

 Основание грозового  облака содержит большое количество очень крупных капель. Из-за этого  оно плохо пропускает свет и выглядит значительно более темным, чем остальные  его части.     
Большие капли в потоке восходящего воздуха сплющиваются и разбиваются на части.

 Поверхность капли несет отрицательный заряд, а середина - положительный. При этом отрицательно заряженные мелкие брызги уносятся ветром вверх, а на крупных частицах остается положительный заряд (рис  2). В результате этого   процесса в основании грозового облака образуется в некоторых случаях сравнительно небольшой положительный заряд. В других случаях этот заряд выпадает вместе с дождем. Примерная структура грозового облака показана на рис. 3.

2. Развитие  молнии

В средних широтах  землю поражают 30—40% общего числа разрядов молнии. Остальные 60—70% составляют разряды между облаками или между разноименно заряженными частями облаков. В экваториальных широтах грозовые облака располагаются выше и доля ударов в землю сокращается до 10-20%.

По мере концентрации в какой-либо части облака зарядов  увеличивается напряженность электрического поля в облаке. Когда она достигает критической величины {20—25 кВ/см в зависимости от высоты облака), начинается ионизация воздуха (процесс образования заряженных частиц — электронов и ионов, в результате чего воздух становится электропроводным) и в сторону земли начинает развиваться разряд. Развитию разряда из области концентрации отрицательных зарядов в сторону земли способствует небольшой положительный заряд, расположенный у основания грозового облака (рис, 3) и усиливающий напряженность электрического  поля в этой части облака. В начальной (лидерной) стадии молния представляет собой относительно медленно  развивающийся слабо светящийся канал (лидер), окруженный достаточно обширной зоной ионизации. Зона ионизации заполняется зарядами того же знака, что и заряд облака. Распределенный вдоль канала заряд индуктирует на поверхности земли и на расположенных на ней объектах, например на металлической мачте, заряды другого знака. По мере приближения канала разряда к земле величина индуктированного заряда и напряженность электрического поля на вершине возвышающегося над поверхностью земли объекта возрастают и с него может начать развиваться встречный канал разряда (встречный лидер). Зона ионизации встречного лидера заполняется зарядами, имеющими знак, обратный знаку зарядов лидера, развивающегося