Se estimează că pe parcursul anului în lume există aproximativ 16 milioane de proză și 100 de fulgere în fiecare secundă de pe pământ. Studiile, efectuate de zeci de ani, au stabilit că distribuția furtunilor pe tot globul se dovedește a fi destul de stabilă. Zonele montane din Caucaz sunt cele mai afectate de furtuni - aici numărul de zile de furtună pe an ajunge la 60. În Moscova, există aproximativ 20 - 25 de zile cu furtuni.
Ce explică această constanță în activitatea de furtună? Motivul acestui fenomen constă în condițiile formațiunilor de tunete. Furtuna este un proces local în atmosfera pământului, dar procesul este foarte turbulent, ceea ce duce la o schimbare semnificativă a câmpului electric al pământului în zona furtunii.
Aerul din atmosferă se află sub acțiunea continuă a multor ionizatori: radiația radioactivă a crustei pământului, o parte scurtă a spectrului radiației solare, razele cosmice. În timpul unei furtuni în atmosferă, încărcăturile apar incomparabil mai mari decât cele produse de ionizatoare și apare o schimbare bruscă a câmpului electric. Formarea unei furtuni este asociată cu prezența norilor și a curenților de aer verticali puternici. Un curent puternic ascendent de aer încălzit la suprafața pământului duce la o anumită altitudine în care temperatura este scăzută, la schimbări mari de temperatură și la o convecție verticală rapidă. Ca urmare, începe condensarea bruscă a vaporilor de apă, formarea rapidă de picături și furtună. În funcție de condițiile de origine, există două tipuri principale de furtuni: intramăsuri (locale sau termice) și furtuni frontale. Furtunurile în interiorul masei sunt obținute prin încălzirea sau răcirea straturilor superioare ale aerului. Încălzirea inegală a aerului în apropierea suprafeței pământului, în special în zonele montane, conduce la convecția și precipitarea vremii furtunoase. Prin urmare, furtunile sunt atât de frecvente în munți.
Furtunile de furtună apar atunci când se întâlnesc și la limita masei mari de aer de temperaturi diferite. Intrarea unui strat de aer rece într-unul mai cald este cauza furtunilor de ocean și a furtunilor care însoțesc cicloanele. Astfel, este clar că formarea furtunilor este direct legată de teren și de condițiile climatice. Aceasta explică permanența activității de furtună în diferite zone ale pământului.
Pentru o furtună este caracteristic faptul că precipitațiile sunt însoțite de descărcări electrice intense. Apariția în norul de încărcări este asociată cu procesele de formare și încărcare a picăturilor de ploaie, cu munca vântului, cu mișcarea curenților de aer.
Dacă între nori încărcați opus sau între un nor și un obiect de pe teren, având o sarcină, un câmp electric este suficient pentru a rupe aerul în acest moment, va avea loc o descărcare electrică puternică, însoțită de un flash de lumină strălucitoare și tunete. O astfel de evacuare se numește fulgere.
Studiul naturii fizice a fulgerului a început cu mai bine de două sute de ani în urmă. Un alt geniu Lomonosov a constatat că o scânteie electrică slabă este obținută atunci când mașina de influență, și un imens fulger, puternic, distrugând casa și împarte copacii, sunt unul și același fenomen fizic. Cu toate acestea, un studiu detaliat și aprofundat al trăsnetului și al trăsnetului. stabilirea unei asemănări calitative complete cu descărcarea cu scânteie a devenit posibilă doar cu starea actuală a științei. În primul rând, aceasta a necesitat crearea unor generatoare puternice de tensiune și curent, care au permis obținerea scânteilor de la zeci de centimetri până la câțiva metri în lungime în laborator, cu curenți și alți parametri egali cu cei ai unui fulger real; și în al doilea rând, prezența unui astfel de aparat de măsură, cum ar fi o cameră electronică și un osciloscop cu un film fotografic de mare viteză, prin care a reușit să urmărească evoluția în timp a acestor procese „instantanee“, cum ar fi scântei și fulgere.
Un fotografic a arătat că fulgerul percepută de ochi sau printr-un aparat de fotografiat fix ca un flash unic foarte rapid de lumină, de fapt, de foarte multe ori este format din mai multe serii de biți succesivi, fiecare bit în exact același mod de cel precedent. La rândul său, o categorie separată sau, așa cum se numește pulsul fulgerului, are o structură foarte complexă, iar în dezvoltarea sa trece mai multe etape.
Caracteristicile fulgerului și scânteii oferă și un osciloscop electronic. Înregistrează tensiunea și curentul electric în descărcare și le schimbă în timp. Comparând înregistrările osciloscopului - oscilogramele - cu descărcarea fotografiei descărcării, se pot imagina vizual fazele succesive ale fulgerului.
Cu ajutorul acestor dispozitive a fost efectuat un studiu aprofundat al trăsnetului în condiții naturale și scântei în laborator, unde s-au putut modifica condițiile experimentale și, prin urmare, caracterul descărcării. Treptat, oamenii de știință au pătruns tot mai adânc în natura fulgerului, iar acum imaginea dezvoltării sale și a proceselor electrofizice în toate etapele sale sunt în principiu deja cunoscute.
Atunci când intensitatea câmpului electric în orice parte a norului atinge o valoare de 30 kilovolți pe centimetru, electronii dobândesc o viteză astfel încât energia lor devine suficientă pentru a ioniza moleculele de aer. Electronii eliberați de această ionizare bombardează noi molecule, la rândul lor, le ionizează. În acest fel se formează o avalanșă de electroni și crește continuu, venind de la nori în direcția pământului. Odată cu trecerea avalanșei, procesele de ionizare devin mai puternice în ea. Astfel, este creat un canal conductiv. Se încălzește și începe să strălucească. Acest canal stralucitor, venind de la nor la pământ, este deja vizibil în fotografia fulgerului. El este numit lider, deoarece deschide calea spre aerul care nu conduce încă energie electrică. Pe măsură ce liderul se apropie de sol sau de un obiect de pe pământ, liderul induce acuzațiile semnului opus. Cu cât se apropie mai mult liderul, cu atât mai multe taxe scapă pentru a se întâlni cu el. În momentul impactului, această masă de sarcini se îndreaptă spre canalul conductorului stabilit de conducător. Aceasta neutralizează sarcina negativă a liderului. Procesul de neutralizare se extinde cu o viteză de câteva mii de kilometri pe secundă. Această fază a descărcării se numește canalul principal de trăsnet. În canalul principal, fluxurile de curenți foarte mari, ajungând la zeci de mii de amperi. Osciloscopul înregistrează în acest moment un vârf ascuțit de curent, iar pe film apare o linie foarte luminată, repetând exact liderul, dar se îndreaptă spre el într-un unghi. Când canalul principal ajunge la nor, acesta poartă o încărcătură care se acumulează în părțile din apropiere ale norului. Această fază de trăsnet este similar cu un arc electric. Acum, temperatura din canal atinge zeci de mii de grade. După sfârșitul pulsului atunci când încetează curent într-un nor poate fi din nou format o cantitate mare de taxe, iar apoi, prin încă mai păstrează canalul de conductivitate suficientă va puls următor, urmat de un altul, și așa mai departe. D. fulgere înregistrate sunt avut 20 sau mai repetitive deversărilor.
În Rusia, începând cu anii 30 ai secolului al XX-lea, au fost realizate lucrări de studiere a trăsnetului și a scânteilor, iar oamenii de știință au contribuit în mare măsură la dezvăluirea naturii acestor fenomene. Deschiderea etapei de lider în scânteie, un studiu foarte subtil al liderului, arătând complexitatea structurii canalului său, este meritul oamenilor noștri de știință. Aceste lucrări și studiul detaliat al fulgerului în diverse condiții au permis descoperirea unei alte trăsături interesante a comportamentului ei.
În timp ce fulgerul se dezvoltă departe de pământ, calea sa este determinată de fluctuațiile conductivității aerului înconjurător, de prezența umidității în anumite locuri, de acumularea de încărcături electrice. Pe măsură ce ne apropiem de pământ, traiectoria fulgerului începe să fie din ce în ce mai influențată de conductivitatea diferitelor straturi de sol, precum și de obiectele situate la sol sau în sol. Și, de regulă, fulgerul atinge punctul în care există cea mai mare conductivitate. Prin urmare, trăsnetul nu lovește adesea în zonele înalte, cu sol slab conducător, de exemplu nisip, dar în zonele joase și râurile unde curg fluxuri sau subterane. Fulger, așa cum a fost, "alege" un loc unde este mai convenabil pentru el să lovească. Explicația acestei corupții aparent ciudate a fost dată de profesorul IS Stekolnikov în teoria sa privind daunele selective. Pe baza acestei teorii, în cadrul Institutului pentru Energie al Academiei de Științe a URSS din 1943 a fost rezolvată o problemă importantă privind protecția lacurilor de petrol. Protecția clădirilor împotriva loviturilor de trăsnet - protecția împotriva trăsnetului - se desfășoară de mai multe secole. Principiul de funcționare a trăsnetului, care este încă în uz, a fost propus de MV Lomonosov. Trăsnetul deflectă descărcarea deja dezvoltată din obiectul protejat, o ia pe ea însăși și o readuce la sol.
În anii 40 ai secolului al XX-lea, protecția împotriva trăsnetelor sa transformat într-o știință exactă care oferă căi teoretice fundamentate pentru a proteja împotriva fulgerelor diferitelor obiecte și structuri. Baza tuturor protecției împotriva trăsnetelor sunt conductorii de trăsnet - cel mai adesea tije metalice, care se ridică deasupra obiectului protejat și se conectează la sol prin rezistența la mai multe ohme. Conductorii de lumină au o încărcătură electrică mare și o deflectă la pământ.
În prezent, pentru oamenii noștri de știință se confruntă cu noi sarcini legate de protecția fulger a marilor proiecte de construcție a comunismului - centrale hidroelectrice de pe Volga, Nipru și Amu Darya, precum și linii de transmisie de înaltă tensiune de la ei, care va începe să curgă curent ridicat. În Moscova se construiesc clădiri înalte. Universitatea din Moscova, situată pe dealurile Lenin, atinge o înălțime de 230 m, se ridică la nori, iar câmpul electric necesar evacuării dintre nor și clădire apare mult mai devreme decât pentru clădirile de înălțime obișnuită. Pentru protecția împotriva trăsnetului de la Universitatea din Moscova și alte clădiri înalte, a fost dezvoltat un întreg sistem de descărcătoare de trăsnet, care va fi construit în mod fiabil și împământat cu grandiozitate.