Из-за чего бьет молния и как она появляется

Что такое молния

Чаще всего молнии возникают в грозовых облаках, но могут наблюдаться при извержении вулканов, пылевых бурях и торнадо.

Как появляется молния

Всё дело в процессах, которые происходят в облаках. Каждое облако состоит из огромного количества капелек, а когда их концентрация повышается, мы можем наблюдать тучу. Внутри облака капельки часто замерзают и становятся льдинками, которые сталкиваясь друг с другом, получают положительный и отрицательный заряды. Положительно заряженные льдинки всегда скапливаются наверху облака, отрицательные — в нижней его части. Так и получается, что верхняя часть облака заряжается положительно, нижняя — отрицательно.

Чаще всего для возникновения молнии нужны два таких облака. Они должны подойти друг к другу: одно — положительной стороной, другое — отрицательной. До определённого момента два облака не контактируют из-за воздушной прослойки между ними, но со временем заряженные частицы начинают прорываться, ведь плюс и минус притягиваются.

Возникновение молнии

Именно за первыми заряженными частицами, которые преодолели воздушный барьер, следует вся накопленная энергия. В этот момент и возникает молния.

Виды молний

В зависимости от того, куда направлен разряд, можно выделить такие разновидности:

• Молния внутри облака. Нередко разряд проходит внутри одного облака, ведь в нём есть и положительный, и отрицательный заряды.
• Молния облако-облако. Наиболее распространённый тип, когда разряд происходит между двумя облаками. Для этого они должны быть грозовыми и подойти друг к другу противоположно заряженными сторонами.
• Молния облако-земля. В этом случае вместо второго положительно заряженного облака выступает поверхность земли или какой-либо объект на ней. Область земли под облаком оказывается положительной из-за того, что при испарении лишилась отрицательных электронов. Таким образом, складываются условия, когда разряд проходит между отрицательной нижней частью облака и положительной поверхностью земли.

Почему молния не возникает зимой

Ледяные кристаллы в облаке приходят в движение из-за восходящего с земли тёплого потока воздуха. Зимой такой поток не очень сильный, поэтому большинство облаков не становятся грозовыми.

Почему слышен гром

Раскат грома — это ничто иное, как ударная волна от молнии. Когда возникает электрический разряд, воздух вокруг резко нагревается до запредельных температур и мгновенно расширяется, создавая звуковую волну. Свет от молнии распространяется быстрее, чем звук, поэтому мы сначала видим вспышку, а потом слышим гром.

Почему мы слышим гром?

Гром – это звуковое сопровождение молнии, без которого невозможно достигнуть необходимого порога страха. Именно грома человек боится больше, чем светящейся полоски на небе.

При прохождении электрического разряда (молнии) происходит резкое повышение температуры окружающего воздуха до нескольких тысяч или даже миллионов градусов. Этот температурный скачок приводит к локальному расширению нагретого воздуха (взрыв), которое вызывает ударную волну (раскат грома). Если молния имеет много изломов, то мы слышим несколько раскатов грома при каждой резкой смене направления возникает новый “взрыв“.

Так как скорость звука в воздухе меньше скорости света, мы слышим гром немного позже самой вспышки. По времени задержки грома можно примерно посчитать расстояние до того места, где появилась молния. Для этого нужно посчитать: через сколько секунд слышится гром после вспышки. Каждые 3 секунды примерно равны расстоянию в 1 километр.

То есть, если после вспышки прошло 9 секунд до того как прогремел гром, то молния сверкнула на расстоянии 3 км.

Вид молнии

Каждый видел, что свечение представляет собой не прямую линию, а ломаную.

Из-за чего молния появляется в таком виде? Процессу образования подобной ломаной способствует форма проводящего канала, представленная в виде ступенек. Каждая из подобных ступенек – это место, где движущиеся молекулы останавливаются из-за столкновения с воздухом и изменяют направление.

Емкость подобного конденсатора мала, но зато напряжение в нем колоссальное и может достигать миллионов вольт. Причем во время свечения то, что мы видим с земли, – это не одна молния, а несколько разрядов, каждый из которых длится миллионные доли секунды.

Как происходит удар молнии?

Мы уже определились, что молния — это мощнейший электрический разряд, возникающий при накоплении заряда внутри облаков и появлении большой разницы электрических потенциалов объектов. В итоге молния может возникать между соседними облаками, между облаком и землей, и даже внутри одного облака, что тоже случается очень часто. В любом случае облако должно быть наэлектризовано. Но как оно электризуется?

Это можно назвать молнией в миниатюре. Процессы похожи.

Этот процесс знаком нам с детства. Достаточно вспомнить как электризуется расческа, воздушный шарик или многие другие вещи при трении. Подобный процесс происходит и в облаках на большой высоте и в существенно больших масштабах.

Дело в том, что облака представляют собой огромный водяной шар, пусть и не совсем шаровидной формы. Его высота может достигать нескольких километров, но в разном агрегатном состоянии вода в нем есть на всех высотах. До трех-четырех тысяч метров это капли, а выше — уже кристаллики льда.

Одной тайной меньше: Ученые решили загадку молний на Юпитере

Эти кристаллики имеют разный размер и постоянно перемешиваются. Более мелкие летят вверх из-за восходящих потоков воздуха от теплой земли. Поднимаясь, они постоянно сталкиваются с более крупными кристалликами. В итоге, все облако начинает электризоваться подобно предметам в приведенных выше примерах. Положительно заряженные частицы оказываются сверху, а отрицательно заряженные — снизу.

Примерно так выглядит разница потенциалов при формировании молнии.

Когда разность потенциалов получается очень высокой, происходит разряд. Если внутри облака для формирования разряда недостаточно условий, то разрядка происходит в землю. При этом она сопровождается яркой вспышкой с выделением тепла. Из-за выделения огромного количества энергии воздух вокруг молнии моментально нагревается до нескольких десятков тысяч градусов и взрывообразно расширяется в небольшом объеме. Эта взрывная волна и называется громом, расходясь на расстояние до 20 км от самой молнии.

При этом молнии состоят из нескольких разрядов, которые идут непрерывно друг за другом, но по одиночке длятся тысячные и миллионные доли секунды.

История

В 1851 году Элиас Хоу получил патент на «Автоматическую застежку для одежды непрерывного действия». Он не пытался серьезно продвигать его, упустив признание, которое он мог бы получить в противном случае. Устройство Хоу было больше похоже на замысловатый шнурок, чем на настоящую застежку-молнию.

Сорок два года спустя, в 1893 году, Уиткомб Джадсон , который изобрел пневматическую уличную железную дорогу, запатентовал «шкафчик для застежек». Устройство служило (более сложной) застежкой на крючок для обуви. При поддержке бизнесмена полковника Льюиса Уокера Джадсон основал компанию Universal Fastener Company для производства нового устройства. Шкафчик с застежкой дебютировал на Всемирной выставке в Чикаго в 1893 году и не имел большого коммерческого успеха. Иногда Джадсона считают изобретателем застежки-молнии, но его устройство не использовалось в одежде.

Компания Universal Fastener Company переехала в Хобокен, штат Нью-Джерси , в 1901 году, реорганизовавшись в компанию по производству и производству крепежных изделий. Гидеон Сундбэк , шведско- американский инженер-электрик , был нанят для работы в компании в 1906 году. Хорошие технические навыки и брак с дочерью директора завода Эльвирой Аронсон привели Сундбека к должности главного конструктора. Компания переехала в Мидвилл, штат Пенсильвания, где работала большую часть 20-го века под названием Talon, Inc. Сандбек работал над улучшением застежки и в 1909 году зарегистрировал патент в Германии. Права на это изобретение в США принадлежали компании Meadville (действующей как Hookless Fastener Co.), но Sundback сохранила права за пределами США и использовала их для создания в последующие годы Lightning Fastner Co. в Сент-Катаринс, Онтарио. Работа Сандбэка с этой фирмой привела к распространенному заблуждению, что он был канадцем и что молния возникла в этой стране.

Gideon Sundback увеличил количество крепежных элементов с четырех на дюйм (примерно по одному каждые 6,4 мм) до десяти или одиннадцати (примерно каждые 2,5 мм), ввел два лицевых ряда зубцов, которые стягиваются ползунком в единое целое, и увеличил проем. для зубов ориентируется ползунком. Патент на «Съемную застежку» был выдан в 1917 году. Гидеон Сундбэк также создал производственную машину для нового устройства. Машина «SL» или «без царапин» взяла специальную Y-образную проволоку и вырезала из нее совки, затем пробила углубление и перо совка и зажала каждый совок на тканевой ленте, чтобы получить непрерывную цепочку на молнии. В течение первого года работы оборудование Sundback производило несколько сотен футов (около 100 метров) крепежа в день. В марте того же года швейцарский изобретатель Матье Бурри улучшил конструкцию, добавив систему фиксации, прикрепленную к последним зубцам, но его версия так и не попала в производство из-за противоречивых патентов.

В 1923 году во время поездки в Европу Sundback продал свои европейские права Мартину Отмару Винтерхальтеру, который улучшил конструкцию, используя ребра и канавки вместо шарниров и кулачков Sundback, и начал массовое производство вместе со своей компанией Riri сначала в Германии, а затем в Швейцарии.

Застежка-молния объединяет две стороны

Популярный в Северной Америке термин « молния» (британская молния или иногда застежка-молния ) пришла из компании BF Goodrich в 1923 году. Компания решила использовать застежку Gideon Sundback на резиновых сапогах нового типа (или галошах ) и назвала ее как застежка-молния, так и название прижилось. Двумя основными способами использования застежки-молнии в первые годы ее существования были закрытие ботинок и мешочков с табаком. В 1925 году компания Schott NYC начала использовать молнии для изготовления одежды на кожаных куртках.

В 1930-х годах началась кампания по продаже детской одежды с застежками-молниями. Кампания хвалила застежки-молнии за то, что они способствуют развитию у маленьких детей уверенности в себе, позволяя им одеваться самостоятельно. Застежка-молния превзошла пуговицу в 1937 году, когда французские модельеры восхищались застежками-молниями на мужских брюках. Esquire объявил застежку-молнию «Новейшей идеей пошива для мужчин», и среди многих достоинств застежки-молнии было то, что она исключает «возможность непреднамеренного и смущающего беспорядка».

Самым последним нововведением в дизайне застежки-молнии стало появление моделей, которые открывались с двух сторон, как на куртках. Сегодня молния является наиболее распространенной застежкой, которая используется на одежде, багаже, кожаных изделиях и различных других предметах.

Конструкция застёжек-молний

Спиральная, или витая застёжка — изготавливается из завёрнутого в спираль синтетического волокна, которое либо намотано на тесьму, либо пришито к ней. Волокно формуется таким образом, чтобы оно образовывало выступы, которые зацепляются за такие же выступы на противоположной стороне.

Тракторная застёжка, в отличие от спиральной застёжки, состоит из отдельных пластиковых зубьев, закреплённых на тесьме. Зубья чаще всего имеют форму характерного «грибка» с канавкой, обеспечивающие надёжное зацепление, хотя могут применяться зубья и других форм.Тракторная застёжка-молния стала незаменимой практически во всех зимних спортивных вещах и верхней одежде. Также она используется при пошиве рабочей спецодежды широкого назначения. Ее различные виды применяются в сумках, рюкзаках, дорожных чемоданах, саквояжах. Более того, она стала незаменимой при изготовлении палаток, спальных мешков, тентов, чехлов, лыжных костюмов  и так далее. А вот при производстве кожаной обуви использование тракторных молний вовсе нежелательно.Такая «молния» износостойкая, но менее прочна, чем металлическая или спиральная и применяется в основном на верхней одежде. Также в условиях интенсивной эксплуатации звенья не ломаются и не деформируются, а также остаются устойчивыми к воздействию химических веществ

Очень важной положительной характеристикой тракторных молний является их устойчивость на разрыв и отсутствие кривизны, волнистости. Начальные прочностные показатели тракторная молния сохраняет в два раза дольше, чем спиральная и в 4 раза дольше, чем металлическая

Она может использоваться и одинаково хорошо функционировать как при низких, так и при высоких температурах. К тому же, благодаря своей конструкции тракторная молния имеет легкий ход. 

Металлическая застёжка по устройству похожа на тракторную, но зубья сделаны из металла — обычно из латуни или никеля. Заготовкой является толстая плоская проволока. У металлических «молний» зубья чаще всего асимметричной формы: каждый зуб имеет выступ с одной стороны и углубление с другой. Такая «молния» очень прочна, но иногда может «заедать».Металлическая застёжка подходит для верхней одежды и штанов, обуви, сумок и чемоданов. Для всех остальных лучше будет использовать пластмассовую.Металлическая молния имеет высокую изначальную прочность. Металл, разнообразие его расцветок и оттенков, после механической и гальванической обработки, позволяют показать хорошие декоративные качества металлической молнии. К недостаткам металлической молнии можно отнести ее большой вес. Металлическую молнию не рекомендуется применять на изделия из легких тканей, т.к. тяжелая звеньевая цепочка деформирует ткань, ухудшая внешний вид изделия. Большой вес металлической молнии ограничивает ее использование для снаряжения, которое требуется часто переносить на большие расстояния (палатки, спальные мешки, рюкзаки и т.п.).

Что такое молния?

Согласно науке, можно сказать, что молния является искровым разрядом, возникающим в атмосфере. В числе основных проявлений можно назвать яркую вспышку света и громкий звук, который принято называть громом. Кроме Земли, молнии можно встретить на других планетах, например, Венере, Юпитере, Сатурне, Уране и других, где есть какая-то газовая среда.

Во время удара молнии высвобождается огромное количество энергии. В результате ее температура в несколько раз превышает температуру поверхности Солнца. Сила тока в разряде молнии на Земле достигает 500 ампер, а напряжение доходит до нескольких миллионов вольт.

Можно превращать одно в другое и обратно: Найден новый способ превращения тепла в электричество

Как раз из-за большого количества энергии, молния редко длится дольше долей секунд. Как правило значение доходит до четверти секунды (0,25), но бывают и исключения. Так, самая продолжительная молния зафиксирована на отметке почти восьми секунд (7,74).

Такая красота и почти восемь секунд.

Определение молнии согласно словарю Ожегова: МОЛНИЯ, -и, ж. 1. Мгновенный искровой разряд в воздухе скопившегося атмосферного электричества. Бывает линейная, зигзагообразная, шаровая и сухая.

Сейчас мы не будем останавливаться на определении молнии, как пометке для срочной новости или печатного издания, хотя суть понятна, и именно из-за скоротечности или, если хотите, молниеносности события они так и называются.

Физическое описание молнии

Разряд молнии выделяет от 109 до 1010 джоулей энергии. Такое колоссальное количество электричества в большей степени расходуется на создание световой вспышки и ударной волны, которая иначе называется громом. Но даже маленькой части молнии хватит, чтобы творить немыслимые вещи, например, ее разряд может убить человека или разрушить здание. Еще один интересный факт говорит о том, что это природное явление способно плавить песок, образуя полые цилиндры. Такой эффект достигается из-за высокой температуры внутри молнии, она может достигать 2000 градусов. Время удара о землю также различно, оно не может быть больше секунды. Что же касается мощности, то амплитуда импульса может достичь сотни киловатт. Соединяя все эти факторы, получается наисильнейший природный разряд тока, который несет в себе гибель всему тому, к чему прикоснется. Все существующие виды молний очень опасны, и встреча с ними крайне нежелательна для человека.

Молнии над вулканом

О том, что извержения вулканов иногда сопровождаются ударами молний, известно почти 2000 лет. В 79 году нашей эры Плиний Младший, наблюдая извержение Везувия, записал, что над кратером собрались тёмные тучи и сверкали молнии.

Ближе к нашему времени есть сведения о грозовых разрядах, замеченных при двух с лишним сотнях извержений. Но до сих пор эта связь двух явлений не изучена. Только в 2000 году вулканолог с Аляски Стив Макнатт создал рабочую группу по молниям над вулканами.

Интерес к этому явлению возник у вулканолога в 1992 году, когда на одном из Алеутских островов сейсмографы зарегистрировали извержение вулкана. Обычно кабели от приборов, устанавливаемых близ вулканов, закапывают под землю, но на необитаемом и лишённом крупных животных островке их просто проложили на поверхности. Действуя как антенны, эти провода принесли на ленту сейсмографа, кроме сведений о колебаниях почвы, сигналы электромагнитного излучения молний.

Насколько известно, к возникновению молний над извергающимся вулканом приводят как сейсмологические процессы, так и процессы, идущие в облаках при обычных грозах. Электрические заряды могут возникать за счёт пьезоэлектрических, трибоэлектрических и подобных явлений при разломах и подвижках горных пластов, сопровождающих извержение. Возникают заряды и при трении между частицами пепла, вылетающими из жерла вулкана.

При обычных грозах разница потенциалов, разряжающаяся затем в молнии, возникает потому, что более тяжёлые капельки или льдинки из-за своего веса скапливаются в нижних слоях грозового облака, а мелкие, лёгкие поднимаются восходящими потоками воздуха в верхнюю часть. Они накапливают противоположные заряды, которые после определённой величины напряжения пробивают слой воздуха. Сумма этих пока не до конца изученных «земных» и «небесных» явлений и вызывает молнию над извергающимся вулканом.

Частота этого явления зависит также от содержания воды в магме. Пока магма находится под высоким давлением, вода не выкипает, несмотря на высокую температуру, но, как только магма вырывается из жерла вулкана, вода превращается в пар и вносит свой вклад в образование грозовой тучи.

Отличие грозы и молнии

Главное отличие состоит в том, что гроза возникает как сочетание ряда атмосферных факторов. Это атмосферное явление отличается длительностью во времени. Молния – кратковременная вспышка, которая, в сущности, является одним из компонентов грозы.

Молния может образовываться вне грозового фронта. Наэлектризованность воздуха, которая приводит к появлению вспышки, может возникнуть во время извержения вулкана, торнадо или пылевой бури.

Чтобы дополнить наше представление о том, чем отличается гроза от молнии, стоит добавить, что явление грозы более опасное. Среди ее инструментов, кроме вспышек молний, могут быть шквалистый ветер и град, которые повреждают электрические линии.

Что такое молния?

Согласно науке, можно сказать, что молния является искровым разрядом, возникающим в атмосфере. В числе основных проявлений можно назвать яркую вспышку света и громкий звук, который принято называть громом. Кроме Земли, молнии можно встретить на других планетах, например, Венере, Юпитере, Сатурне, Уране и других, где есть какая-то газовая среда.

Во время удара молнии высвобождается огромное количество энергии. В результате ее температура в несколько раз превышает температуру поверхности Солнца. Сила тока в разряде молнии на Земле достигает 500 ампер, а напряжение доходит до нескольких миллионов вольт.

Как раз из-за большого количества энергии, молния редко длится дольше долей секунд. Как правило значение доходит до четверти секунды (0,25), но бывают и исключения. Так, самая продолжительная молния зафиксирована на отметке почти восьми секунд (7,74).

Такая красота и почти восемь секунд.

Сейчас мы не будем останавливаться на определении молнии, как пометке для срочной новости или печатного издания, хотя суть понятна, и именно из-за скоротечности или, если хотите, молниеносности события они так и называются.

Виды молний и факты о молниях

1. Линейные молнии встречаются чаще всего. Электрический раскат при этом выглядит как разросшееся дерево, перевернутое корнями вверх. При появлении такой молнии от главного канала отходит несколько более коротких и тонких «отростков». Длина подобного разряда обычно достигает 20 километров, а сила тока — 20000 ампер.
2. Происхождение внутриоблачных молний сопровождается изменением магнитных и электрических полей, а также излучением радиоволн. Подобный раскат с большой вероятностью появляется ближе к экватору. В умеренных широтах его увидеть можно крайне редко.
3. Наземные молнии — это явление, которое проходит несколько этапов. Сначала происходит ударная ионизация, которая создается в начале свободными электронами, присутствующими в воздухе. Под воздействием электрического поля элементарные частицы увеличивают скорость и направляются к земле. Там они сталкиваются с молекулами, из которых состоит воздух.

Шаровая молния

Шаровая молния представляет из себя светящийся клубок, что пролетает над поверхностью земли и разрывается при контакте с твердым предметом. Данное явление считается малоизученным.

Читай также: Интересные факты о зиме, снег, снежинки, снежные лавины

Шаровые молнии различаются по цвету — от черного до белого.

Поведение шаровой молнии может быть непредсказуемым. Ее скорость полета и траектория не отвечает никаким подсчетам. Иногда может казаться, что молния имеет разум и инстинкты. Она может облетать возникающие перед ней дома, деревья, фонарные столбы, а может, будто ослепнув, врезаться в них.

Электрическое поле в шаровой молнии по размерам приближено к уровню пробоя в диэлектрике. В этом поле и возбуждаются оптические уровни атомов, а шаровая молния из-за этого приобретает способность светиться.

Шаровая молния

Природное явление, когда молния принимает форму шара. В этом случае траектория ее полета становится непредсказуемой, что делает ее еще опаснее для человека. В большинстве случаев такой электрический ком возникает совместно с другими видами, но зафиксирован факт его появления даже в солнечную погоду.

Как образуется шаровая молния? Именно этим вопросом чаще всего задаются люди, столкнувшиеся с этим феноменом. Как всем известно, некоторые вещи являются прекрасными проводниками электричества, так вот именно в них, накапливая свой заряд, и начинает зарождаться шар. Также он может появиться из основной молнии. Очевидцы же утверждают, что она возникает просто из ниоткуда.

Диаметр молнии колеблется от нескольких сантиметров до метра. Что же касается цвета, то существует несколько вариантов: от белого и желтого до ярко-зеленого, крайне редко можно встретить черный электрический шар. После стремительного спуска он движется горизонтально, примерно в метре от поверхности земли. Такая молния может неожиданно менять траекторию и так же неожиданно исчезнуть, высвободив при этом огромную энергию, из-за которой происходит плавление или же вовсе разрушение различных предметов. Живет она от десяти секунд до нескольких часов.

Откуда берутся молнии перед землетрясением?

Существуют молнии, которые проявляют себя во время землетрясений. До конца их природа пока неизвестна, но они тоже возникают из-за накопления заряда. Только в данном случае это происходит из-за трения слоев пород между собой.

Изначально ученые не воспринимали всерьез рассказы о том, что землетрясения сопровождаются молниями, но появление в последнее время камер заставило их задуматься над этим. В итоге они начали ставить эксперименты и пришли к выводу о трении слоев пород.

Куда более известны молнии при извержениях вулканов, которые еще называются “грязными молниями”. Они тоже возникают в результате трения между собой частиц, вылетающих из жерла.

Примерно так выглядит молния внутри вулкана.

Образование молний сопровождает и другие явления, например, пылевые бури, торнадо и некоторые другие, приводящие все к тому же накоплению заряда.

Спрайт-молния

Совсем недавно, в 1989 году, ученые обнаружили еще один вид молнии, который получил название спрайт. Открытие произошло совершенно случайно, потому что феномен наблюдается крайне редко и длится лишь десятые доли секунды. От других электрических разрядов их отличает высота, на которой они появляются – примерно 50-130 километров, в то время как другие подвиды не преодолевают 15-километровый рубеж. Также спрайт-молния отличается огромным диаметром, который достигает 100 км. Они выглядят как вертикальные столбы света и вспыхивают группами. Их цвет различается в зависимости от состава воздуха: ближе к земле, где больше кислорода, они зеленые, желтые или белые, а вот под влиянием азота, на высоте более 70 км, они приобретают ярко-красный оттенок.

Понятие молнии и ее зарождение

Чаще всего молния образуется в грозовых облаках, которые имеют достаточно большой размер. Верхняя часть может располагаться на высоте 7 километров, а нижняя — всего лишь в 500 метрах над поверхностью земли. Учитывая атмосферную температуру воздуха, можно прийти к выводу, что на уровне 3-4 км вода замерзает и превращается в льдинки, которые, сталкиваясь между собой, электризуются. Те, что обладают наибольшим размером, получают отрицательный заряд, а наименьшие — положительный. Исходя из своего веса, они равномерно распределяются в облаке по слоям. Сближаясь между собой, они образуют плазменный канал, из которого и получается электрическая искра, именуемая молнией. Свою ломаную форму она получила из-за того, что на пути к земле часто встречаются различные воздушные частицы, которые образуют преграды. И чтобы их обойти, приходится менять траекторию.