Lightning, natura și cauzele fulgerului
Fulgere este o descărcare scânteie de energie electrică statică acumulate în tunete. Spre deosebire de evacuările care se formează în producție și în viața cotidiană, încărcăturile electrice acumulate în nori sunt incomensurabil mai mari. Prin urmare, energia descărcării scântei - fulgerul și curenții care rezultă este foarte mare și reprezintă un mare pericol pentru oameni, animale, clădiri. Fulgerul este însoțit de un impuls sonor - tunete. Combinația de fulgere și tunete se numește furtună.
Furtuna este un fenomen natural deosebit de frumos. De regulă, după o furtună, vremea se îmbunătățește, aerul devine transparent, proaspăt și curat, saturat cu ioni formați în timpul descărcărilor de trăsnet.
În ciuda acestui fapt, trebuie amintit că o furtună în anumite condiții poate constitui un mare pericol pentru o persoană. Toată lumea ar trebui să cunoască natura fenomenului de furtună, regulile de comportament în timpul unei furtuni și metodele de protecție împotriva fulgerului.
Furtuna este un proces atmosferic complex, iar apariția acesteia este cauzată de formarea nori cumulonimbus. Nebulozitatea puternică este o consecință a instabilității considerabile a atmosferei. O furtună este caracterizată de un vânt puternic, adesea ploaie intensă (zăpadă), uneori cu grindină. Înainte de o furtună (într-o oră sau două), presiunea atmosferică începe să scadă rapid, până la o creștere bruscă a vântului și apoi începe să crească.
Furtunile pot fi împărțite în zone locale, frontale, în timpul nopții, în munți.
Cel mai adesea o persoană se confruntă cu furtuni locale sau termice. Vaporii de apă în fluxul în creștere de aer cald la înălțime condensează, cu multă căldură eliberată, iar curenții de aer în ascensiune se încălzesc. În comparație cu mediul înconjurător, aerul în creștere este mai cald, crește în volum până se transformă într-un tunet. În norii de furtună de dimensiuni mari se găsesc cristale de gheață și picături de apă. Ca rezultat al strivire și frecare între ele și aerul sunt formate sarcini pozitive și negative, sub care există un puternic po'le electrostatic (intensitatea câmpului electrostatic poate fi de până la 100 000 V / m).
Iar diferența de potențial dintre părțile individuale ale norului, nori sau nor și pământ atinge valori enorme.
Atunci când tensiunea electrică critică este atinsă în aer, apare o ionizare a aerului ca o avalanșă - o descărcare de scânteie de fulgere.
O furtună frontală apare atunci când mase de aer rece penetrează o regiune în care predomină vreme caldă. Aerul rece deplasează aerul cald, în timp ce acesta se ridică la o înălțime de 5-7 km. Straturile calde de aer invadează vîrtejurile în diferite direcții, o fluture, o frecare puternică între straturile de aer, care contribuie la acumularea de sarcini electrice. Lungimea furtunii frontale poate ajunge la 100 km. Spre deosebire de furtunile locale după frontală, de obicei devine mai rece.
O furtună de noapte este asociată cu răcirea pământului pe timp de noapte și cu formarea de curenți turbionți de aer ascendent.
Furtuna în munți se explică prin diferența dintre radiația solară la care sunt expuse pantele sudice și nordice ale munților. Furtunile de noapte și de munte sunt ușoare și de scurtă durată.
Activitatea de furtună în diferite zone ale planetei noastre este diferită. centre mondiale de furtuni: insula Java - 220 de zile furtună pe an, Africa sub-sahariana - 150, Sud Mexic - 142, Panama - 132, Brazilia Centrală - 106. Rusia: Murmansk - 5, Arkhangelsk - 10, St. Petersburg - 15, Moscova - 20. în general, partea de sud (pentru emisfera nordică) și la nord (emisfera sudică pentru) activitatea furtuna mai mare. Furtunile din Arctica și Antarctica sunt foarte rare. Pe Pamant, exista 16 milioane de furtuni pe an. Pe fiecare suprafață m de pe Pământ există 2-3 fulgere pe an. În pământ cel mai adesea lovesc fulgerul de pe norii încărcați negativ.
Prin forma de trăsnet se disting prin liniare, perle și minge.
Pearl și fulgerul cu bile este un eveniment rar.
Un fulger liniar comun, cu care apare în mod repetat orice persoană, are aspectul unei linii de ramificare. Intensitatea curentului în canalul de iluminare liniară este de 60-170 kA, se înregistrează un fulger cu un curent de 290 kA. Lumina fulgerului are o putere de 250 kW pe oră (900 MJ).
Descărcarea se desfășoară în câteva milimi de secundă; la astfel de curenți mari, aerul din zona canalului de trăsnet este încălzit aproape instantaneu la o temperatură de 30.000 - 33.000 ° C În consecință, presiunea crește puternic, aerul se extinde și apare un val de șoc, însoțit de un impuls sonor - tunete.
Fulgerul pelerin este un fenomen foarte rar și frumos. Apare imediat după fulgerul liniar și dispare treptat. Cel mai adesea descărcarea unui fulger perlat urmează traseul liniar. Fulgerul are aspectul de 12 m unul de celălalt și seamănă cu o perlă strânsă pe un șir. Fulgerul pelerin poate fi însoțit de efecte sonore semnificative.
Fulgerul cu fulgere este, de asemenea, destul de rar. Mii de fulgere liniară obișnuită au 2 -3 sferice. Ball lightning, de regulă, apare mai des spre sfârșitul unei furtuni, mai rar după o furtună. Poate lua forma unei mingi, a unui elipsoid, a unei pere, a unui disc și chiar a unui lanț de bile. Culoarea fulgerului este roșu, galben, portocaliu-roșu.
Pericolele fulgerului
În legătură cu faptul că trăsnetul se caracterizează prin valori mari ale curenților, tensiunilor și temperaturilor de evacuare, efectul său asupra unei persoane, ca regulă, duce la moartea lor.
Din impactul fulgerului din lume, o medie de aproximativ 3000 de persoane mor în fiecare an, iar mai multe cazuri de înfrângere simultană sunt cunoscute.
Descărcarea fulgerului trece de-a lungul căii de rezistență electrică minimă:
- dacă două catarge sunt așezate una lângă alta - metal și un lemn mai înalt, atunci fulgerul este cel mai probabil să lovească catargul metalic, deși este mai mic, deoarece conductivitatea electrică a metalului este mai mare;
- fulgere, de asemenea, în mod semnificativ mai frecvent loveste zonele de lut și umed decât în uscat și nisipos, deoarece cele dintâi au o conductivitate electrică mai mare;
- în pădure, trăsnetul acționează selectiv, în primul rând în acești copaci deciduzi ca stejarul, plopul, salcia, cenușă, deoarece conțin foarte mult amidon. Coniferele - molid, brad, zada si copaci de foioase, cum ar fi tei, nuc, fag conține o mulțime de ulei, astfel încât să aibă o rezistență electrică mare, și sunt mai puțin susceptibile de a trăsnete.
Din 100 de copaci, 27% din plopi, 20% din pere, 12% din tei, 8% din brazi și doar 0,5% din copacii de cedru sunt afectați de fulgere.
cu excepția distrugerii oamenilor și a animalelor, fulgerul liniar este adesea cauza incendiilor forestiere, precum și a clădirilor rezidențiale și industriale, în special în zonele rurale. În acest sens, este necesar să se ia o protecție specială împotriva daunelor prin fulgere liniară.
Dacă natura fulgerului liniar este clară și, prin urmare, comportamentul său este previzibil, atunci natura fulgerului cu bile nu este încă clară. Pericolul ca o persoană să fie lovită de fulgerul cu bile se datorează, în primul rând, lipsei de metode și reguli pentru protejarea unei persoane de ea.
În 1753, fizicianul rus Georg Wilhelm Richmann, colegul M.V. Lomonosov, a fost ucis de fulgerul cu bile în timpul unei furtuni în timpul studierii evacuărilor scântei din atmosferă. Multe cazuri de deces sunt cunoscute atunci când se întâlnesc fulgere cu bile.
Dimensiunile fulgerului cu bile sunt de la câțiva centimetri până la câțiva metri. De obicei plutește cu ușurință sau se rostogoleste peste pământ, uneori sări. Reacționează la vânt, la pescaj, la curenții de aer ascendenți și coborâți. Cu toate acestea, cazul în care fulgerul cu bile nu a reacționat la fluxul de aer a fost notat.
Un fulger cu fulgere poate apărea fără să rănească o persoană sau o cameră, să zboare în fereastră și să dispară din cameră printr-o ușă deschisă sau printr-un coș de fum, zburând în jurul unei persoane. Orice contact cu ea duce la vătămări grave, arsuri și, în majoritatea cazurilor, la moarte. Lumina fulgerului poate exploda. Unda de aer rezultată poate răni o persoană sau poate duce la distrugerea clădirii.
Există cazuri de explozii de fulgere în sobe, coșuri de fum, care au dus la distrugerea acestora. Dovezile colectate despre comportamentul fulger globular spune că în cele mai multe cazuri, exploziile nu erau periculoase, consecințe grave au apărut în 10 cazuri din 100. Se crede că temperatura bolid este de aproximativ 5000 ° C și poate provoca un incendiu.
Reguli de comportament în timpul unei furtuni
Blițul fulgerului este aproape instantaneu, deoarece lumina se deplasează cu o viteză de 300.000 km / s. Viteza propagării sunetului în aer este de aproximativ 344 m / s, adică în aproximativ 3 secunde sunetul se deplasează la 1 km. Fulgerul este periculos atunci când blițul urmărește imediat un val de tunet, înseamnă că un tunet este deasupra dvs. și pericolul unui fulger este cel mai probabil.
Acțiunile dvs. înainte de furtună și în timpul acesteia ar trebui să fie după cum urmează:
- părăsiți casa, închideți ferestrele, ușile și coșurile de fum, asigurați-vă că nu există o pescaj care să atragă fulgerul cu bile. În timpul unei furtuni, nu încălziți aragazul, deoarece fumul care iese din țeavă are o conductivitate electrică ridicată, iar probabilitatea unei lovituri de trăsnet în țeavă care se ridică deasupra acoperișului crește;
- în timpul furtunilor, rămâneți departe de cablurile electrice, antenele, ferestrele, ușile și toate celelalte legate de mediul extern; Nu se așează lângă un zid de lângă care crește un copac înalt;
- în timpul unei plimbări pentru a vă ascunde în cea mai apropiată clădire. Mai ales periculos este tunetul pe teren. Când căutați un adăpost, preferați o structură metalică mare sau o structură cu cadru metalic, o clădire rezidențială sau o altă clădire protejată de un fulger;
- dacă nu există posibilitatea de a se ascunde în clădire, nu trebuie să vă ascundeți în hambarele mici, sub copaci solari;
- Nu rămâneți pe teren înalt și deschideți pământ neprotejat, lângă garduri de metal sau de plasă, obiecte metalice mari, pereți umedi, împământarea fulgerului;
- În absența adăpostului, se așază pe pământ, în timp ce ar trebui să se acorde prioritate terenului de nisip uscat îndepărtat de rezervor;
- dacă o furtună te-a prins în pădure, trebuie să iei adăpost într-un sit cu copaci zdrobiți. Nu puteți să vă ascundeți sub copaci înalți, în special pini, stejari, plopi. Este mai bine să vă aflați la 30 m distanță de un copac înalt. Acordați atenție dacă există un număr de copaci, anterior lovit de o furtună, împărțită. Este mai bine să stai departe de acest loc. Abundența copacilor lovite de fulgere indică faptul că terenul din această zonă are o conductivitate electrică ridicată, iar fulgerul în această zonă este foarte probabil;
- în timpul unei furtuni nu puteți fi pe apă și la apă - să înotați, pește. Este necesar să vă deplasați mai departe de țărm;
- în munți, se îndepărtează de creasta munților, de stânci și de vârfuri ascuțite. Când se apropie în munți, furtunile trebuie să fie coborâte cât mai jos posibil. obiecte metalice - pitoane urcatul, pioleți, vase - să se adune într-un rucsac și trage pe coarda la 20-30 m sub pantei;
- dacă sunteți prinși de o furtună pe o bicicletă sau pe o motocicletă, opriți-vă la conducere, lăsați-i și așteptați o furtună la o distanță de aproximativ 30 de metri de ei;
- dacă o furtună te-a prins în mașină, nu trebuie să o lași. Este necesar să închideți ferestrele și să micșorați antena mașinii. Mutare în timpul unei furtuni pe masina nu este recomandată, deoarece o furtună însoțită de obicei de ploi abundente, deteriorarea vizibilitatea pe drum, iar fulgerul poate uimi și provoca frică și, ca urmare a accidentului;
- când întâlniți cu fulgerul cu bile, nu manifestați nicio activitate spre acesta, dacă este posibil păstrați-vă calm și nu vă mișcați. Nu aveți nevoie să vă apropiați de ea, să o atingeți cu ceva; poate apărea o explozie. Nu fugi de fulgerul cu bile, pentru că asta poate duce la fluxul de aer rezultat.
Protecția împotriva fulgerelor
Un mijloc eficient de protecție împotriva fulgerului este conductoarele de trăsnet.
Prioritatea invenției trăsnetului aparține americanului Benjamin Franklin (1749). Mai târziu, în 1758, independent de el, fulgerul a fost inventat de M.V. Lomonosov.
Protecția împotriva fulgerului prin instalarea fulgerului se bazează pe proprietatea fulgerului pentru a atinge cele mai înalte și bine fundamentate structuri metalice.
Conductorul de trăsnet constă din trei părți principale: un recipient de trăsnet care primește o lovitură de trăsnet; un conductor de curent care leagă colectorul de trăsnet de conductorul de pământ, prin care curentul de trăsnet curge în sol. În funcție de tipul receptorului, cele mai frecvente sunt tijele și cablurile. Conductorii de lumină sunt împărțiți în mod unic, dublu și multiplu.
În afara trăsnetului, se formează o zonă de protecție, adică un spațiu în care structura sau un alt obiect este protejat de o lovitură directă de trăsnet. Gradul de protecție în aceste zone este mai mare de 95%. Aceasta înseamnă că, din 100 de lovituri de trăsnet în obiectul protejat, pot exista mai puțin de 5 lovituri, restul bătăilor vor fi percepute de către detectorul de trăsnet.
zona de protecție este limitată formând două conuri, dintre care unul are o înălțime b și o înălțime egală cu conductorul de trăsnet și o rază de bază R = 0,75 L, iar celălalt - înălțimea de 0,8 p și 1,5 raza de bază L (a doua raza la K bază con = n eficiența protecției este asigurată de 99%).
Lightning paratrăznete sunt realizate din oțel de orice tip, de obicei circulară, secțiune de cel puțin 100 mm2 și o lungime de cel puțin 200 mm. Pentru a proteja împotriva coroziunii, oh este pătat. Receptoarele de fulgere ale cablurilor de trăsnet sunt realizate din cabluri metalice cu un diametru de aproximativ 7 mm.
Generatoarele de curent trebuie să reziste încălzirii atunci când curenții de mare trăsnet sunt foarte scurți, deci sunt fabricați din metale cu rezistență redusă. Secțiunea transversală a conductorilor de curent în aer nu trebuie să fie mai mică de 48 mm2, iar în sol - 160 mm2.
Împământarea este un element important al protecției împotriva trăsnetelor. Scopul lor este de a oferi o rezistență suficient de scăzută la răspândirea curentului de trăsnet în pământ. Ca o legare la pământ poate fi utilizat îngropat în pământ la o adâncime 2 - 2,5 m, tuburi metalice, plăci, și bobine de plasă de sârmă pieselor metalice de armare.
Tuburile de fulgere ar trebui să fie instalate, de preferință, pe elevații, pentru a scurta traseul fulgerului și pentru a mări dimensiunea zonei de protecție. Coșurile, copacurile, cornișoarele de pe acoperiș, antenele TV trebuie să fie împământate cu ghiduri curente. Tevi de conducte metalice și scări care conduc spre acoperiș, este de dorit să se conecteze separat la sursa de curent sau la sol.
Când efectuați protecția împotriva trăsnetelor, trebuie respectate următoarele cerințe:
- Secțiunea transversală a colectorului de trăsnet și a cablurilor de curent trebuie să fie suficientă (nu mai puțin de 48 mm);
- conductorii de curent nu ar trebui să aibă coturi ascuțite și fixare rigidă, ca și în cazul încălzirii de către un curent care curge, se extind și se deformează. Dacă conductele actuale trec printr-un acoperiș sau un perete de materiale combustibile (material de acoperire, lemn), acestea sunt situate la aproximativ 15 mm de suprafața acoperișului sau peretelui.
- Pămîntul trăsnetului nu trebuie să fie mai mare de 20 cm și nu trebuie amplasat la mai puțin de 3 m de comunicațiile subterane care merg în clădire, de exemplu conductele de apă. Este de dorit ca pământul să fie localizat în locuri inaccesibile sau rareori vizitate de oameni și animale de companie, pentru a reduce probabilitatea unui șoc de tensiune în trepte. Cu o conductivitate insuficientă a solului (sol nisipos uscat), acesta poate fi sărat, în timp ce conductivitatea acestuia va crește cu mai mult de 10 ori.