Atmosfääri füüsika: kuidas, miks ja kust välk tuleb. Välk (fenomen) Välgu optiline nähtus

Saada oma head tööd teadmistebaasi on lihtne. Kasutage allolevat vormi

Üliõpilased, magistrandid, noored teadlased, kes kasutavad teadmistebaasi oma õpingutes ja töös, on teile väga tänulikud.

Majutatud aadressil http://www.allbest.ru/

Välk kui loodusnähtus

Välk on hiiglaslik elektrisäde pilvede vahel või pilvede vahel ja maa pind mitme kilomeetri pikkune, kümneid sentimeetreid läbimõõduga ja sekundikümnendikke pikk. Välguga kaasneb äike. Lisaks lineaarsele välgule täheldatakse aeg-ajalt keravälku.

Välgu olemus ja põhjused

Äikesetorm on keeruline atmosfääriprotsess ja selle tekkimine on tingitud rünkpilvede tekkest. Tugev pilvisus on atmosfääri olulise ebastabiilsuse tagajärg. Iseloomulikud on äikesetormid tugev tuul, sageli tugev vihm (lumi), mõnikord rahe. Enne äikest (tund või kaks enne äikest) Atmosfääri rõhk hakkab kiiresti langema, kuni tuul järsku tugevneb, ja hakkab seejärel tõusma.

Äikesetormid võib jagada kohalikeks, frontaalseteks, öideks, mägedes. Kõige sagedamini puutub inimene kokku kohalike või termiliste äikesetormidega. Need äikesetormid tekivad ainult kõrge õhuniiskusega kuuma ilmaga. atmosfääriõhk. Reeglina esinevad need suvel keskpäeval või pärastlõunal (12-16 tundi). Sooja õhu tõusvas voolus olev veeaur kondenseerub kõrgusel, samal ajal eraldub palju soojust ja tõusvad õhuvoolud kuumenevad. Tõusev õhk on ümbritsevast õhust soojem ja paisub, kuni muutub äikesepilveks. Suured tormipilved on pidevalt täidetud jääkristallide ja veepiiskadega. Nende muljumis- ja hõõrdumisel omavahel ja vastu õhku tekivad positiivsed ja negatiivsed laengud, mille mõjul tekib tugev elektrostaatiline väli (pinge elektrostaatiline väli võib ulatuda 100 000 V/m). Ja potentsiaalne erinevus pilve üksikute osade, pilvede või pilve ja maa vahel ulatub tohutute väärtusteni. Elektriõhu kriitilise pinge saavutamisel toimub laviinilaadne õhuionisatsioon – välgu sädelahendus.

Frontaalne äikesetorm tekib siis, kui külm õhumass siseneb piirkonda, kus domineerib sooja ilmaga. Külm õhk tõrjub sooja õhu välja, viimane aga tõuseb 5-7 km kõrgusele. Soojad õhukihid tungivad pööristesse erinev orientatsioon, tekib tuisk, õhukihtide vahel tugev hõõrdumine, mis aitab kaasa kogunemisele elektrilaengud. Frontaalse äikesetormi pikkus võib ulatuda 100 km-ni. Erinevalt kohalikest äikest läheb pärast frontaalseid äikest tavaliselt külmemaks. Öine äikesetorm on seotud maa öise jahtumisega ja tõusva õhu pöörisvoolude tekkega. Äikesetorm mägedes on seletatav erinevusega in päikesekiirgus, mis on avatud mägede lõuna- ja põhjanõlvadele. Öine ja mägine äikesetorm ei ole tugev ja lühike.

Äikese aktiivsus meie planeedi erinevates piirkondades on erinev. Maailma äikesetormide levialad: Jaava saar - 220, Ekvatoriaal-Aafrika-150, Lõuna-Mehhiko - 142, Panama - 132, Kesk-Brasiilia - 106 äikesepäeva aastas. Venemaa: Murmansk - 5, Arhangelsk - 10, Peterburi - 15, Moskva - 20 äikesepäeva aastas.

Tüübi järgi jagunevad välgud lineaarseks, pärliks ja kuuliks. Pärl- ja keravälk on üsna haruldane.

Pikselahendus areneb mõne tuhandiku sekundiga; nii suurte voolude korral soojeneb õhk välgukanali tsoonis peaaegu koheselt temperatuurini 30 000-33 000 ° C. Selle tulemusena tõuseb rõhk järsult, õhk paisub - tekib lööklaine, millega kaasneb heli impulss - äike. Tulenevalt asjaolust, et kõrgetel teravatipulistel objektidel on pilve staatilise elektrilaengu tekitatud elektrivälja tugevus eriti suur, tekib helendus; selle tulemusena algab õhuionisatsioon, tekib hõõguv eraldumine ja ilmuvad punakad helenduskeeled, mis mõnikord lühenevad ja jälle pikenevad. Ärge püüdke neid tulekahjusid kustutada, kuna põlemist pole. Suure elektrivälja tugevuse korral võib tekkida helendavate filamentide kiir - koroonalahendus, millega kaasneb kahin. Äikesepilvede puudumisel võib aeg-ajalt tekkida ka sirgjooneline välk. Pole juhus, et tekkis ütlus - "äike selgest taevast".

Keravälgu avastamine

välklahenduspall elektriline

Nagu sageli juhtub, algas keravälgu süstemaatiline uurimine nende olemasolu eitamisest: in XIX algus sajandil tunnistati kõik selleks ajaks teadaolevad üksikud vaatlused kas müstikaks või parimal juhul optiliseks illusiooniks.

Kuid juba 1838. aastal avaldati Prantsuse geograafiliste pikkuskraadide büroo aastaraamatus kuulsa astronoomi ja füüsiku Dominique Francois Arago koostatud küsitlus. Seejärel algatas ta Fizeau ja Foucault' katsed valguse kiiruse mõõtmiseks, samuti töö, mis viis Le Verrieri Neptuuni avastamiseni. Toona teadaolevate keravälgu kirjelduste põhjal jõudis Arago järeldusele, et paljusid neist tähelepanekutest ei saa pidada illusiooniks. 137 aasta jooksul, mis on möödunud Arago ülevaate avaldamisest, on ilmunud uusi pealtnägijaid ja fotosid. Loodi kümneid teooriaid, ekstravagantsed, teravmeelsed, mis selgitasid mõnda tuntud omadused keravälk ja need, mis elementaarsele kriitikale vastu ei pidanud. Faraday, Kelvin, Arrhenius, nõukogude füüsikud Ya.I. Frenkel ja P.L. Kapitsa, paljud tuntud keemikud ja lõpuks Ameerika riikliku astronautika ja aeronautika komisjoni spetsialistid, NASA püüdsid seda huvitavat ja hirmuäratavat nähtust uurida ja selgitada. Ja keravälk on endiselt suures osas mõistatus.

Keravälgu olemus

Milliseid fakte peaksid teadlased ühendama ühtne teooria selgitada keravälgu esinemise olemust? Millised on vaatluse piirangud meie kujutlusvõimele?

1966. aastal levitas NASA 2000 inimesele küsimustiku, mille esimeses osas esitati kaks küsimust: "Kas olete keravälku näinud?" ja "Kas olete näinud vahetus läheduses lineaarset välgulööki?" Vastused võimaldasid võrrelda keravälgu vaatlussagedust tavalise välgu vaatlussagedusega. Tulemus osutus vapustavaks: 409 inimest 2000-st nägid lähedal sirgjoonelist välgulööki ja kaks korda vähem kui keravälku. Leidus isegi üks õnnelik, kes keravälku kohtas 8 korda – üks rohkem kaudsed tõendid et see pole sugugi nii haruldane, kui tavaliselt arvatakse.

Küsimustiku teise osa analüüs kinnitas paljusid varem teadaolevaid fakte: keravälgu läbimõõt on keskmiselt umbes 20 cm; ei helenda väga eredalt; värvus on enamasti punane, oranž, valge. Huvitav on see, et isegi keravälku lähedalt näinud vaatlejad ei tundnud sageli selle soojuskiirgust, kuigi see põleb otsesel puudutamisel.

Selline välk on mõnest sekundist minutini; võib väikeste aukude kaudu ruumidesse tungida, taastades seejärel oma kuju. Paljud vaatlejad teatavad, et see paiskab välja mingisuguseid sädemeid ja pöörleb. Tavaliselt hõljub see maapinnast veidi eemal, kuigi seda on nähtud ka pilvedes. Mõnikord kaob keravälk vaikselt, kuid mõnikord plahvatab, põhjustades märgatavat hävingut.

Keravälk kannab palju energiat. Tõsi, kirjandusest leiab sageli sihilikult ülehinnatud hinnanguid, kuid isegi tagasihoidlik realistlik arv – 105 džauli – on 20 cm läbimõõduga piksenoole puhul väga muljetavaldav. Kui sellist energiat kulutaks ainult valguskiirgusele, võiks see hõõguda mitu tundi. Mõned teadlased usuvad, et välk saab pidevalt energiat väljastpoolt. Näiteks P.L. Kapitsa oletas, et see tekib siis, kui neeldub võimas detsimeetriliste raadiolainete kiir, mis võib äikesetormi ajal kiirata. Tegelikkuses on ioniseeritud kimbu moodustamiseks, mis on selle hüpoteesi puhul keravälk, seisulaine elektromagnetiline kiirgus väga kõrge väljatugevusega antisõlmedes. Keravälgu plahvatuse ajal võib areneda miljoni kilovati võimsus, kuna see plahvatus toimub väga kiiresti. Plahvatusi saab aga inimene korraldada veelgi võimsamaid, kuid kui võrrelda “rahulike” energiaallikatega, siis pole võrdlus tema kasuks.

Miks keravälk helendab

Peatugem veel ühel keravälgu mõistatusel: kui selle temperatuur on madal (klastri teoorias peetakse keravälgu temperatuuriks umbes 1000°K), siis miks see helendab? Selgub, et seda saab seletada.

Klastrite rekombinatsiooni käigus jaotub eralduv soojus kiiresti külmemate molekulide vahel. Kuid mingil hetkel võib rekombineeritud osakeste läheduses oleva "mahu" temperatuur ületada keskmine temperatuur mateeria välku rohkem kui 10 korda. See "maht" hõõgub nagu 10 000-15 000 kraadini kuumutatud gaas. Selliseid "kuume kohti" on suhteliselt vähe, mistõttu keravälgu aine jääb poolläbipaistvaks. Keravälgu värvi ei määra mitte ainult solvaatide kestade energia ja kuumade "mahtude" temperatuur, vaid ka selle aine keemiline koostis. On teada, et kui keravälk tekib siis, kui lineaarne välk tabab vasktraate, on see sageli sinist või rohelist värvi – vaseoonide tavalised "värvid". Jääkelektrilaeng võib seda seletada huvitavad omadused keravälk kui selle võime liikuda vastutuult, meelitada esemeid ja rippuda kõrgete kohtade kohal.

Keravälgu põhjus

Keravälgu tekkimise tingimuste ja omaduste selgitamiseks on teadlased välja pakkunud palju erinevaid hüpoteese. Üks erakordseid hüpoteese on tulnukate teooria, mis lähtub eeldusest, et keravälk pole midagi muud kui UFO tüüp. Sellel oletusel on alust, kuna paljud pealtnägijad väidavad, et keravälk käitus nagu elusolend. tundlik olend. Enamasti näeb see välja nagu pall, mistõttu vanasti seda kutsutigi tulekera. Alati see aga nii ei ole: tuleb ette ka keravälgu variante. See võib olla seene, millimallikas, bageli, tilga, lameda ketta, ellipsoidi kuju. Välgu värvus on kõige sagedamini kollane, oranž või punane, valge, sinine, roheline, must on harvem. Keravälgu välimus ei sõltu ilmast. Need võivad esineda erinev ilm ja täiesti sõltumatud elektriliinidest. Kohtumine inimese või loomaga võib toimuda ka erineval viisil: salapärased pallid kas hõljuvad rahumeelselt mingil kaugusel või ründavad raevukalt, põhjustades põletushaavu või isegi tappes. Pärast seda võivad need vaikselt kaduda või valjult plahvatada. Tuleb märkida, et tulistest objektidest hukkunute ja vigastatute arv on ligikaudu 9%. koguarv tunnistajad. Kui keravälk tabab inimest, ei jää paljudel juhtudel kehale jälgi ning välgu poolt seletamatul põhjusel hukkunud inimese keha pikka aega ei lagune. Selle asjaoluga seoses ilmnes teooria, et välk on võimeline mõjutama keha individuaalse aja kulgu.

Majutatud saidil Allbest.ru

...

Sarnased dokumendid

Kasutades uusimat pilditehnoloogiat, et aeglustada aja möödumist, muutes nähtamatu nähtavaks. Edastustornid, mis tekitavad tohutuid välgunooleid, mis tõusevad pilvedesse. Ülikiirete kaamerate kasutamine vee vaatamiseks tegevuses.

abstraktne, lisatud 12.11.2012

Biotsenoosi olemuse uurimine - taimede, loomade, seente ja mikroorganismide kogum, mis ühiselt asustavad teatud osa maapinnast. Liigilise koosseisu tunnused, struktuur, organismidevahelised suhted. Tšernobõli keelutsooni zoocenoosid.

abstraktne, lisatud 10.11.2010

Kontseptsioon ja bioloogiline tähtsus membraanid keharakkudes, funktsioonid: struktuurne ja barjäär. Nende tähtsus rakkudevahelistes interaktsioonides. Desmosoomid kui üks rakukontakti tüüpe, tagades nende vastasmõju ja tugeva sideme üksteisega.

abstraktne, lisatud 03.06.2014

Närvisignaalide ja võrkkestale langeva valguse lainepikkuse vahelise korrelatsiooni väärtus. Signaalide lähenemise ja värvide nägemise teed. Integratsioon ja horisontaalsed lingid visuaalne teave. Parema ja vasaku vaatevälja kombineerimise protsess.

abstraktne, lisatud 31.10.2009

Õppimiskontseptsioonid magnetväli Maa, Maa atmosfääri ionisatsioon, aurora borealis ja elektripotentsiaali muutused. Tšiževski (heliobioloogia rajaja) uurimused päikese aktiivsuse mõju kohta südame-veresoonkonna haiguste dünaamikale.

abstraktne, lisatud 30.09.2010

Spiraal-, elliptiliste ja ebaregulaarsete galaktikate füüsikaliste erinevuste uurimine. Hubble'i seaduse sisuga arvestamine. Teaduse evolutsiooni kui ülemineku kirjeldus teaduslikud pildid rahu. Elavate päritolu peamiste hüpoteeside iseloomustus.

test, lisatud 28.03.2010

Hüdrosfäär kui Maa katkendlik veekiht, mis asub atmosfääri ja tahke maakoore vahel ning esindab ookeanide, merede ja maismaa pinnavett. Atmosfääri mõiste, päritolu ja roll, struktuur ja sisu.

abstraktne, lisatud 13.10.2011

Tekkimismehhanismi ja toimepotentsiaali põhifaaside uurimine. Ärrituse ja erutuse seadused. Aktsioonipotentsiaali levik piki närvikiudu. Kohalike potentsiaalide rolli iseloomustus. Signaalide edastamine närvirakkude vahel.

test, lisatud 22.03.2014

Rollide asümmeetriline jaotus sümmeetriliste paaritud ajupoolkerade vahel. Poolkerade vaheliste interaktsioonide tüübid. Vaimsete funktsioonide jaotumise tunnused vasaku ja parema poolkera vahel. Järjestikune teabetöötlus.

esitlus, lisatud 15.09.2017

Komponentide uurimine närvisüsteem ja inimese aju. Elektriliste impulsside neuronitevahelise ülekande põhimõtte iseloomustus. Bioloogiliste ja tehisnärvivõrkude ehitusmeetodite, toimimise ja peamiste rakendusvaldkondade uurimine.

Pilved sirutasid tiivad ja sulgesid päikese meie eest ...

Miks me vahel vihma ajal kuuleme äikest ja näeme välku? Kust need puhangud tulevad? Nüüd räägime sellest üksikasjalikult.

Mis on välk?

Mis on välk? See on hämmastav ja väga salapärane loodusnähtus. Peaaegu alati juhtub see äikesetormi ajal. Mõned inimesed on üllatunud, mõned inimesed hirmul. Luuletajad kirjutavad välgust, teadlased uurivad seda nähtust. Kuid palju jääb lahendamata.

Üks on kindlalt teada – see on hiiglaslik säde. Nagu plahvatas miljard lambipirni! Selle pikkus on tohutu - mitusada kilomeetrit! Ja see on meist väga kaugel. Seetõttu me kõigepealt näeme seda ja alles siis kuuleme. Äike on välgu "hääl". Lõppude lõpuks jõuab valgus meieni kiiremini kui heli.

Ja välku on ka teistel planeetidel. Näiteks Marsil või Veenusel. Tavaline välk kestab vaid sekundi murdosa. See koosneb mitmest kategooriast. Välk ilmub mõnikord üsna ootamatult.

Kuidas välk tekib?

Välk sünnib tavaliselt äikesepilves, kõrgel maapinnast. Äikesepilved tekivad siis, kui õhk hakkab väga kuumaks minema. Seetõttu on pärast kuumalainet hämmastavad äikesetormid. Miljardid laetud osakesed kogunevad sõna otseses mõttes kohta, kust need pärinevad. Ja kui neid on väga-väga palju, siis nad lahvatavad. Sealt tuleb välk – äikesepilvest. Ta võib maapinnale lüüa. Maa tõmbab teda. Kuid see võib pilves endas puruneda. Kõik oleneb sellest, millise välguga on tegu.

Mis on välgunooled?

Välke on erinevat tüüpi. Ja sa pead sellest teadma. See pole ainult "lint" taevas. Kõik need "paelad" erinevad üksteisest.

Välk on alati löök, see on alati tühjenemine millegi vahel. Neid on üle kümne! Nimetame praegu vaid kõige elementaarsemad, lisades neile pildid välgust:

Äikesepilve ja maa vahel. Need on just need "paelad", millega oleme harjunud.

vahel kõrge puu ja pilv. Sama "lint", kuid löök on suunatud teises suunas.

Lint välk - kui mitte üks "lint", vaid mitu paralleelselt.

Pilve ja pilve vahel või lihtsalt “mängida” ühes pilves. Seda tüüpi välku näeb sageli äikese ajal. Peate lihtsalt olema ettevaatlik.

On ka horisontaalseid välke, mis maad üldse ei puuduta. Neile on antud kolossaalne tugevus ja neid peetakse kõige ohtlikumaks

Keravälgust on kuulnud kõik! Vähesed inimesed on neid näinud. Veel vähem on neid, kes neid näha tahaksid. Ja on inimesi, kes ei usu oma olemasolusse. Kuid tulekerad on olemas! Sellise välgu pildistamine on keeruline. See plahvatab kiiresti, ehkki võib "kõndida", kuid parem on, kui tema kõrval olev inimene ei liiguks - see on ohtlik. Seega – mitte siin kaamerani.

Omamoodi välk väga ilus nimi- Püha Elmo tuli. Aga see pole päris välk. See on kuma, mis ilmneb äikese lõpus terava otsaga hoonetel, laternatel, laevamastidel. Samuti säde, ainult mitte summutatud ja mitte ohtlik. Püha Elmo tuled on väga ilusad.

Vulkaaniline välk tekib siis, kui vulkaan purskab. Vulkaanil endal on juba laeng. Tõenäoliselt põhjustab see välku.

Sprite välk on midagi, mida te Maalt ei näe. Need kerkivad pilvede kohale ja seni on neid uurinud vähesed. Need välgunooled näevad välja nagu millimallikad.

Täpilist välku peaaegu ei uurita. Seda näeb äärmiselt harva. Visuaalselt näeb see tõesti välja nagu punktiirjoon – justkui välgulint sulaks.

Need on erinevat tüüpi välgud. Nende jaoks kehtib ainult üks seadus – elektrilahendus.

Järeldus.

Isegi iidsetel aegadel peeti välku nii jumalate märgiks kui ka raevuks. Ta oli mõistatus enne ja jääb selleks ka nüüd. Pole tähtis, kuidas nad selle kõige väiksemateks aatomiteks ja molekulideks lagundavad! Ja see on alati hämmastavalt ilus!

Tihti arvame, et elekter on midagi, mida toodetakse ainult elektrijaamades ja kindlasti mitte veepilvede kiulistes massides, mis on nii haruldased, et nendesse saab hõlpsasti käe sisse pista. Pilvedes on aga elektrit, nagu isegi inimkehas.

Elektri olemus

Kõik kehad koosnevad aatomitest – pilvedest ja puudest kuni inimkehani. Igal aatomil on tuum, mis sisaldab positiivselt laetud prootoneid ja neutraalseid neutroneid. Erandiks on kõige lihtsam vesinikuaatom, mille tuumas pole neutronit, vaid ainult üks prooton.

Negatiivselt laetud elektronid tiirlevad ümber tuuma. Positiivsed ja negatiivsed laengud tõmbavad üksteist ligi, nii et elektronid tiirlevad ümber aatomi tuuma nagu mesilased ümber magusa piruka. Prootonite ja elektronide vaheline tõmbejõud on tingitud elektromagnetilistest jõududest. Seetõttu on elekter kõikjal, kus me vaatame. Nagu näeme, sisaldub see ka aatomites.

IN normaalsetes tingimustes Iga aatomi positiivsed ja negatiivsed laengud tasakaalustavad üksteist, nii et aatomitest koosnevatel kehadel pole tavaliselt positiivset ega negatiivset puhaslaengut. Selle tulemusena ei põhjusta kokkupuude teiste objektidega elektrilahendust. Kuid mõnikord võib kehade elektrilaengute tasakaal olla häiritud. Võite seda ise kogeda, kui olete külmal talvepäeval kodus. Maja on väga kuiv ja kuum. Sina, paljajalu segades, kõnni palees ringi. Teie teadmata on osa teie taldadest pärit elektrone läinud vaiba aatomitesse.

Seotud materjalid:

Natuke ilmast

Nüüd kannate endas elektrilaengut, kuna prootonite ja elektronide arv teie aatomites ei ole enam tasakaalus. Proovige nüüd metallist uksekäepidemest kinni hoida. Sinu ja tema vahele lendab säde ja sa tunned elektrilööki. Nii juhtuski – teie keha, millel pole elektrilise tasakaalu saavutamiseks piisavalt elektrone, püüab elektromagnetiliste külgetõmbejõudude mõjul tasakaalu taastada. Ja seda taastatakse. Käe ja uksepiida vahel toimub elektronide voog käe suunas. Kui tuba oleks pime, näeksid sädemeid. Valgus on nähtav, kuna elektronid kiirgavad hüppamisel valguskvante. Kui ruum on vaikne, kuulete kerget praginat.

Elekter ümbritseb meid kõikjal ja sisaldub kõigis kehades. Pilved selles mõttes pole erand. Taustal sinine taevas nad näevad väga kahjutud välja. Kuid nagu te olete toas, võivad nad kanda elektrilaengut. Kui jah, siis ettevaatust! Kui pilv taastab enda sees elektrilise tasakaalu, puhkeb terve ilutulestik.

Seotud materjalid:

Miks on välgunooled erinevat värvi?

Kuidas välk ilmub?

Nii juhtubki: tohutus tumedas äikesepilves ringlevad pidevalt võimsad õhuvoolud, mis suruvad kokku erinevaid osakesi – ookeanisoola terakesi, tolmu jne. Samamoodi nagu teie tallad vabanevad elektronidest vastu vaipa hõõrudes ja pilves olevad osakesed vabanevad kokkupõrke teel elektronidest, mis hüppavad teistele osakestele. Seega toimub tasude ümberjagamine. Mõned osakesed, mis on kaotanud oma elektronid, on positiivse laenguga, samas kui teised, mis on võtnud lisaelektrone, on nüüd negatiivne laeng.

Põhjustel, mis pole täiesti selged, on raskemad osakesed negatiivselt laetud, kergemad aga positiivselt. Seega saab pilve raskem alumine osa negatiivselt laetud. Pilve negatiivselt laetud alumine osa tõrjub elektronid maapinna poole, kuna sarnased laengud tõrjuvad. Seega tekib pilve alla positiivselt laetud osa maapinnast. Siis täpselt sama põhimõtte järgi, mille kohaselt hüppab säde sinu ja uksepiida vahele, hüppab sama säde pilve ja maa vahele, ainult väga suur ja võimas, see on välk. Elektronid lendavad hiiglasliku siksakina maa poole, leides sealt oma prootonid. Vaevukuuldava praksu asemel pühkigeäike.

Välk - maagaasi heide

Sissejuhatus3

1. Ajaloolised vaated välgule 4

2. Välk 6

Välgu tüübid9

Lineaarse välgu füüsika9

Keravälgu mõistatus …………………………………………………13

Kasutusalade loeteluovannoykirjandust39

Sissejuhatus

Minu essee teema valik ei tulene mitte ainult isiklikust huvist, vaid ka asjakohasusest. Välgu olemus on tulvil palju saladusi. Seda haruldast nähtust kirjeldades on teadlased sunnitud toetuma ainult pealtnägijate ütlustele. Need napid lood ja peotäis fotosid – see on kõik, mis teadusel on. Nagu üks teadlane väitis, ei tea me välgust rohkem kui vanad egiptlased teadsid tähtede olemusest.

Välk pakub suurt huvi mitte ainult looduse omapärase nähtusena. See võimaldab jälgida elektrilahendust gaasilises keskkonnas mitmesaja miljoni voldi pingel ja mitme kilomeetri kaugusel elektroodide vahel. Selle essee eesmärk on vaadelda välgu põhjuseid, uuringut mitmesugused elektrilaengud. Abstraktselt käsitletakse ka piksekaitse küsimust. Inimesed on juba ammu mõistnud pikselöögist tulenevat kahju ja leidnud selle eest kaitse.

Välk on teadlastele pikka aega huvi pakkunud, kuid meie ajal teame nende olemusest vaid veidi rohkem kui 250 aastat tagasi, kuigi suutsime neid tuvastada isegi teistel planeetidel.

2. Ajaloolised vaated välgule

Algselt tajusid inimesed välku ja äikest kui jumalate tahte väljendust ja eriti kui Jumala viha ilmingut. Samal ajal on uudishimulik inimmõistus pikka aega püüdnud mõista välgu ja äikese olemust, mõista nende loomulikke põhjuseid. Iidsetel aegadel mõtles Aristoteles sellele. Lucretius mõtles välgu olemuse üle. Tema katsed seletada äikest selle tagajärjena, et "pilved põrkuvad seal tuulte pealetungil" tunduvad väga naiivsed.

Paljude sajandite jooksul, sealhulgas keskajal, usuti, et välk on tuline aur, mis on lõksus pilvede veeauru. Laienedes murrab see neist läbi kõige nõrgemas kohas ja tormab kiiresti alla maapinnale.

1752. aastal tõestas Benjamin Franklin (joonis 1) eksperimentaalselt, et välk on tugev elektrilahendus. Teadlane viis läbi kuulsa katse tuulelohega, mis lasti õhku äikesetormi lähenedes.

Katse: Ussi risti külge kinnitati terava otsaga traat, nööri otsa seoti võti ja siidipael, millest ta käega kinni hoidis. Niipea, kui äikesepilv oli lohe kohal, hakkas teravaotsaline traat sealt elektrilaengut välja tõmbama ja lohe koos pukseerimisköiega elektriseeriti. Pärast seda, kui vihm on lohe nööriga märjaks teinud, muutes need elektrilaengut juhtivaks, saab jälgida, kuidas elektrilaeng sõrme lähenedes “tühjeneb”.

Samaaegselt Frankliniga, M.V. Lomonosov ja G.V. Varakas mees.

Tänu nende uurimistööle 18. sajandi keskpaigas sai see tõestatud elektriline olemus välk. Sellest ajast peale on saanud selgeks, et välk on võimas elektrilahendus, mis tekib siis, kui pilved on piisavalt elektriseerunud.

Välk

Välk on Maa elektrivälja igavene laadimise allikas. 20. sajandi alguses mõõdeti atmosfäärisondid elektriväli Maa. Selle tugevus pinnal osutus umbes 100 V/m, mis vastab planeedi kogulaengule umbes 400 000 C. Maa atmosfääris toimivad laengukandjatena ioonid, mille kontsentratsioon tõuseb kõrgusega ja saavutab maksimumi 50 km kõrgusel, kus kosmilise kiirguse toimel tekkis elektrit juhtiv kiht – ionosfäär. Seetõttu on Maa elektriväli umbes 400 kV rakendatud pingega sfäärilise kondensaatori väli. Selle pinge toimel liigub ülemistest kihtidest alumistesse vool 2-4 kA, mille tihedus on 1-12 A/m2 ja vabaneb energiat kuni 1,5 GW. Ja see elektriväli kaoks, kui välku poleks! Seetõttu sisse hea ilm elektrikondensaator - Maa - tühjeneb ja äikese ajal laetakse.

Välk on suurte elektrilaengute loomulik lahendus madalamates atmosfäärikihtides. Üks esimesi, kes selle kehtestas, oli ameeriklane riigimees ja teadlane B. Franklin. 1752. aastal katsetas ta tuulelohega, mille juhtme külge kinnitati metallvõti, ja sai võtmelt sädemeid äikese ajal. Sellest ajast alates on välku intensiivselt uuritud kui huvitav nähtus looduses, samuti elektriliinide, majade ja muude hoonete tõsiste kahjustuste tõttu, mis on põhjustatud otsesest pikselöögist või selle tekitatud pingest.

Kuidas välgunool käivitada? Väga raske on uurida, mis arusaamatus kohas ja millal juhtub. Nimelt ajal pikkadeks aastateks töötasid teadlased, kes uurisid välgu olemust. Arvatakse, et taevatormi juhib prohvet Eelija ja meile ei anta tema plaane teada. Teadlased on aga pikka aega püüdnud asendada prohvet Eelijat, luues äikesepilve ja maa vahele juhtiva kanali. B. Franklin selle eest käivitatud äikesetormi ajal lohe, mis lõpeb traadi ja metallvõtmetega. Seda tehes põhjustas ta nõrgad lahendused, mis voolasid mööda traati alla, ja tõestas esimesena, et välk on pilvedest maapinnale voolav negatiivne elektrilahendus. Franklini katsed olid äärmiselt ohtlikud ja üks neist, kes püüdis neid korrata, vene akadeemik G. V. Richman, suri 1753. aastal välgutabamuse tagajärjel.

1990. aastatel õppisid teadlased välku välja kutsuma ilma oma elu ohtu seadmata. Üks viis välku tekitamiseks on lasta maast väike rakett otse äikesepilve. Kogu trajektoori ulatuses ioniseerib rakett õhku ja loob seeläbi juhtiva kanali pilve ja maapinna vahele. Ja kui pilve põhja negatiivne laeng on piisavalt suur, tekib piki loodud kanalit välklahendus, mille kõik parameetrid salvestavad raketi stardiplatvormi lähedal asuvad seadmed. Et luua rohkem Paremad tingimused pikselahenduseks kinnitatakse raketi külge metalltraat, mis ühendab selle maapinnaga.

Pilv on tehas elektrilaengute tootmiseks. Kehadele võib aga tekkida erinevat "laetud" tolmu, isegi kui need on valmistatud samast materjalist - piisab, kui pinna mikrostruktuur on erinev. Näiteks kui sile keha hõõrub vastu karedat, elektristuvad mõlemad.

Äikesepilv on suur summa aur, millest osa kondenseerub tillukesteks piiskadeks või jäätükkideks. Äikesepilve tipp võib olla 6-7 km kõrgusel ja põhi ripub maapinna kohal 0,5-1 km kõrgusel. 3-4 km kõrgusel koosnevad pilved erineva suurusega jäätükkidest, kuna seal on temperatuur alati alla nulli. Need jäätükid on pidevas liikumises, mis on põhjustatud sooja õhu tõusvatest vooludest maa kuumutatud pinnalt. Väikesi jäätükke on kergem kui suuri tõusvate õhuvooludega ära kanda. Seetõttu põrkuvad pilve ülemisse ossa liikuvad "nobedad" väikesed jäätükid kogu aeg suurte vastu. Iga sellise kokkupõrke korral toimub elektrifitseerimine, mille käigus suured jäätükid laetakse negatiivselt, väikesed aga positiivselt. Aja jooksul on positiivselt laetud väikesed jäätükid pilve ülaosas ja negatiivse laenguga suured jäätükid põhjas. Teisisõnu, äikese ülemine osa on positiivselt laetud, alumine aga negatiivselt laetud. Kõik on valmis välklahenduseks, mille käigus toimub õhu purunemine ja äikesepilve põhjast voolab negatiivne laeng Maale.

Välk on "tere" kosmosest ja röntgenikiirguse allikas. Pilv ise ei ole aga võimeline ennast elektrifitseerima, et tekitada tühjendust selle alumise osa ja maa vahel. Elektrivälja tugevus äikesepilves ei ületa kunagi 400 kV/m ja elektriline purunemine õhus toimub tugevuse üle 2500 kV/m. Seetõttu on välgu tekkimiseks peale elektrivälja vaja midagi muud. 1992. aastal vene teadlane A. Gurevitš Füüsika Instituudist. P. N. Lebedeva Venemaa Teaduste Akadeemiast (FIAN) tegi ettepaneku, et kosmilised kiired, suure energiaga osakesed, mis langevad Maale valguselähedase kiirusega, võivad olla omamoodi välgu sütitajad. Iga sekund pommitavad tuhandeid selliseid osakesi ruutmeeter maa atmosfäär.

Gurevitši teooria kohaselt ioniseerib kosmilise kiirguse osake, põrkudes kokku õhumolekuliga, selle, mille tulemusena moodustub tohutu hulk elektrone, mis kõrge energia. Pilve ja maa vahelises elektriväljas kiirendatakse elektronid peaaegu valguse kiiruseni, ioniseerides nende liikumistee ja põhjustades seeläbi elektronide laviini, mis liiguvad koos nendega maapinnale. Selle elektronide laviini tekitatud ioniseeritud kanalit kasutab välk tühjenemiseks.

Hiljutised uuringud on näidanud, et välk on üsna võimas röntgenikiirguse allikas, mille intensiivsus võib ulatuda kuni 250 000 elektronvoltini, mis on umbes kaks korda suurem kui rindkere röntgenikiirguses.

Välgu tüübid

a) Suurem osa välkudest toimub pilvede ja maapinna vahel, kuid on ka välke, mis tekivad pilvede vahel. Kõiki neid välke nimetatakse lineaarseteks. Üksiku lineaarse välgu pikkust saab mõõta kilomeetrites.

b) Teine välgutüüp on lintvälk (joonis 2). Sel juhul on järgmine pilt, nagu oleks mitu peaaegu identset lineaarset välku üksteise suhtes nihkunud.

c) Täheldati, et mõnel juhul laguneb välklamp mitmekümne meetri pikkusteks helendavateks osadeks. Seda nähtust nimetatakse helmesvälkuks. Malani (1961) järgi seletatakse seda tüüpi välku pikemaajalise lahenduse alusel, misjärel paistab kuma eredam kohas, kus kanal paindub vaatleja suunas, jälgides seda otsaga poole. ise. Ja Youman (1962) arvas, et seda nähtust tuleks käsitleda "ping-efekti" näitena, mis seisneb tühjenduskolonni raadiuse perioodilises muutumises mitme mikrosekundi pikkuse perioodiga.

d) Keravälk, mis on kõige salapärasem loodusnähtus.

Lineaarse välgu füüsika

Lineaarne välk on üksteisele kiiresti järgnevate impulsside jada. Iga impulss on vormis esinev pilve ja maapinna vahelise õhupilu purunemine sädelahendus. Vaatame esmalt esimest impulssi. Selle arengus on kaks etappi: esiteks moodustub pilve ja maapinna vahele tühjenduskanal ning seejärel läbib moodustunud kanali kiiresti põhivooluimpulss.

Esimene etapp on tühjenduskanali moodustamine. Kõik algab sellest, et pilve alumises osas tekib väga kõrge intensiivsusega elektriväli - 105 ... 106 V / m.

Vabad elektronid saavad sellises väljas tohutuid kiirendusi. Need kiirendused on suunatud allapoole, kuna pilve alumine osa on negatiivselt laetud, samas kui maa pind on positiivselt laetud. Teel esimesest kokkupõrkest järgmiseni omandavad elektronid märkimisväärse osa kineetiline energia. Seetõttu ioniseerivad nad aatomite või molekulidega kokkupõrkel. Selle tulemusena sünnivad uued (sekundaarsed) elektronid, mis omakorda kiirenevad pilveväljas ja seejärel ioniseerivad kokkupõrgetes uusi aatomeid ja molekule. Tekivad terved kiirete elektronide laviinid, moodustades kõige "põhjas" pilved, plasma "niidid" - striimer.

Üksteisega ühinedes tekitavad striimerid plasmakanali, mille kaudu seejärel läbib põhivooluimpulss.

See pilve "põhjast" maapinnani arenev plasmakanal on täidetud vabade elektronide ja ioonidega ning suudab seetõttu hästi elektrivoolu juhtida. Teda kutsutakse juht või täpsemalt sammujuht. Fakt on see, et kanal ei moodustu sujuvalt, vaid hüpetega - “sammudega”.

Miks on juhi liikumises pausid ja pealegi suhteliselt regulaarsed, pole täpselt teada. Sammujuhtide teooriaid on mitu.

1938. aastal esitas Schonlund kaks võimalikku seletust viivitamisele, mis põhjustab juhi sammumist. Neist ühe järgi peaks toimuma elektronide liikumine mööda kanalit allapoole plii vooder (jõidOet). Osa elektrone püüavad aga kinni aatomid ja positiivselt laetud ioonid, nii et uute edasiliikuvate elektronide saabumine võtab aega, enne kui tekib voolu jätkumiseks piisav potentsiaalne gradient. Teise vaatenurga kohaselt võtab positiivselt laetud ioonide kogunemine juhtkanali pea alla ja seeläbi piisava potentsiaalse gradiendi tekitamine selle üle aja. Ja siin füüsikalised protsessid juhi pea lähedal esinevad on üsna arusaadavad. Pilve all on väljatugevus üsna suur – on küll<
b/m; ruumi piirkonnas otse juhi pea ees on see veelgi suurem. Juhtpea lähedal tugevas elektriväljas toimub õhuaatomite ja -molekulide intensiivne ionisatsioon. See tekib esiteks aatomite ja molekulide pommitamise tõttu liidrilt kiirguvate kiirete elektronidega (nn. löökionisatsioon) ja teiseks liidri poolt kiiratava ultraviolettkiirguse footonite neeldumine aatomite ja molekulide poolt (fotoionisatsioon). Liidri teel esinevate õhuaatomite ja molekulide intensiivse ionisatsiooni tõttu plasmakanal kasvab ja liider liigub maapinna poole.>

Arvestades teepealseid peatusi, kulus liidril 10…20 ms maapinnani jõudmiseks pilve ja maapinna vahel 1 km kaugusel. Nüüd on pilv maapinnaga ühendatud plasmakanaliga, mis juhib suurepäraselt voolu. Ioniseeritud gaasi kanal justkui lühistas pilve maaga. See lõpetab algimpulsi arengu esimese etapi.

Teine etapp jookseb kiiresti ja võimsalt. Põhivool kihutab mööda juhi seatud rada. Vooluimpulss kestab umbes 0,1 ms. Praegune tugevus jõuab tellimuse väärtusteni<
V. Vabaneb märkimisväärne kogus energiat (kuni
J). Gaasi temperatuur kanalis jõuab
. Just sel hetkel sünnib erakordselt ere valgus, mida pikselahenduses jälgime, ja kostab äike, mille põhjustab äkiliselt kuumenenud gaasi äkiline paisumine.>

On hädavajalik, et nii plasmakanali kuma kui kuumenemine areneks maapinnalt pilve suunas, s.t. alla üles. Selle nähtuse selgitamiseks jagame tinglikult kogu kanali mitmeks osaks. Niipea kui kanal on moodustunud (juhi pea on maapinnale jõudnud), hüppavad kõigepealt alla elektronid, mis olid selle madalaimas osas; seetõttu hakkab kanali alumine osa esimesena helendama ja soojenema. Seejärel tormavad elektronid järgmisest (kanali kõrgemast osast) maapinnale; algab selle osa hõõgumine ja kuumenemine. Ja nii järk-järgult – alt üles – kaasatakse maapinnale liikumisesse üha rohkem elektrone; selle tulemusena levib kanali kuma ja kuumenemine ülespoole.

Pärast põhivooluimpulsi möödumist tekib paus

kestus 10 kuni 50 ms. Selle aja jooksul kanal praktiliselt kustub, selle temperatuur langeb ligikaudu<
, kanalite ionisatsiooni aste väheneb oluliselt.>

Kui järjestikuste välgulöökide vahel läheb tavapärasest rohkem aega, võib ionisatsiooniaste olla nii madal, eriti kanali alumises osas, et õhu uuesti ioniseerimiseks on vaja uut pilooti. See seletab üksikuid juhtumeid astmete moodustumisest liidrite alumistes otstes, mis eelnesid mitte esimesele, vaid järgnevatele peamistele välgulöökidele.

Nagu ülalpool arutletud, järgib uus juht seda teed, mida algne juht oli lõõmanud. See töötab ülevalt alla ilma peatumata (1 ms). Ja jälle järgneb põhivoolu võimas impulss. Pärast järjekordset pausi kordub kõik. Selle tulemusena kuvatakse mitmeid võimsaid impulsse, mida me loomulikult tajume üksik auaste välk, ühe ereda välguna (joon. 3).

Keravälgu müsteerium

Keravälk erineb absoluutselt tavalisest (lineaarsest) välgust, ei oma välimuse ega käitumise poolest. Tavaline välk on lühiajaline; pall elab kümneid sekundeid, minuteid. Tavalise välguga kaasneb äike; pall on peaaegu vaikne, selle käitumises on palju ettearvamatust (joon. 4).

Keravälk esitab meile palju mõistatusi, küsimusi, millele pole selget vastust. Praegu saab vaid oletada ja hüpoteese püstitada.

Ainus meetod keravälgu uurimiseks on juhuslike vaatluste süstematiseerimine ja analüüs.

Vaatluste töötlemise tulemused

Siin on kõige usaldusväärsem teave keravälgu (BL) kohta

CMM on sfääriline objekt läbimõõduga 5 ... 30 cm CMM-i kuju muutub veidi, võttes pirnikujulisi või lamedaid sfäärilisi piirjooni. Väga harva täheldati BL-i toru kujul.

CMM helendab tavaliselt oranžilt, täheldatakse violetse värvi juhtumeid. Sära heledus ja olemus on sarnased hõõglambi säraga süsi, mõnikord võrreldakse sära intensiivsust nõrga elektripirniga. Homogeense kiirguse taustal ilmuvad ja liiguvad eredamalt helendavad piirkonnad (pimestamine).

BL-i eluiga on mõnest sekundist kümne minutini. CMM-i olemasolu lõpeb selle kadumisega, millega mõnikord kaasneb plahvatus või ere sähvatus, mis võib põhjustada tulekahju.

CMM-i täheldatakse tavaliselt vihmaga äikesetormi ajal, kuid on anekdootlikke tõendeid CMM-i vaatlemise kohta vihmata äikese ajal. On esinenud juhtumeid, kus CMM-i on vaadeldud veekogude kohal rannikust või muudest objektidest märkimisväärsel kaugusel.

CMM hõljub õhus ja liigub koos õhuvoolud, kuid samal ajal võib see teha "veidraid" aktiivseid liigutusi, mis selgelt ei lange kokku õhu liikumisega.

Ümbritsevate objektidega kokkupõrkel põrkab BL nagu nõrgalt täispuhutud õhupall või lõpetab oma olemasolu.

Terasesemetega kokkupuutel CMM hävib ja täheldatakse mitu sekundit kestvat eredat sähvatust, millega kaasnevad lendavad metallikeevitust meenutavad helendavad killud. Terasesemed on järgneval kontrollimisel veidi sulanud.

CMM siseneb ruumidesse mõnikord suletud akende kaudu. Enamik tunnistajaid kirjeldab tungimisprotsessi läbi väikese augu valamist, väga väike osa tunnistajatest väidab, et CMM tungib läbi terve aknaklaasi, kuid praktiliselt ei muuda oma kuju.

CMM-i lühikese puudutamisega inimese nahal registreeritakse väikesed põletused. Välgu või plahvatusega lõppenud kontaktidel registreeriti rasked põletused ja isegi surm.

Vaatlusperioodi jooksul olulisi muutusi BL suuruses ja sära ereduses ei täheldata.

On tõendeid CMM-i tekkimise protsessi jälgimise kohta pistikupesadest või töötavatest elektriseadmetest. Sel juhul ilmub esmalt helendav punkt, mis mõne sekundi jooksul suureneb umbes 10 cm-ni.Kõigil sellistel juhtudel eksisteerib BL mitu sekundit ja hävib iseloomuliku hüppega, ilma et see kahjustaks oluliselt olemasolevaid objekte ja ümbrus.

Kuidas keravälk tekib

Tekib reeglina tugeva äikese ajal, kuid päikesepaistelise ilmaga on seda märgatud rohkem kui üks kord. Keravälk tekib ootamatult ja ühekordselt. See võib ilmneda pilvedelt, puudelt või muudelt objektidelt ja hoonetelt. Keravälk ületab kergesti oma teel olevaid takistusi, sealhulgas kukub kinnisesse ruumi. Kirjeldatakse juhtumeid, kui seda tüüpi välk tekkis telerist, lennuki kokpitist, pistikupesadest, siseruumides ... Samal ajal võib see mööda minna oma teel olevatest objektidest, läbides neid.

Korduvalt registreeriti samades kohtades elektritrombi tekkimist. Välgu liikumise või rände protsess toimub peamiselt horisontaalselt ja umbes meetri kõrgusel maapinnast. Esineb ka helisaadet krõbina, krõbina ja kriuksumise näol, mis põhjustab raadios häireid.

Selle nähtuse pealtnägijate kirjelduste kohaselt eristatakse kahte tüüpi välku:

Omadused

Sellise välgu päritolu on siiani teadmata. On versioone, et elektrilahendus tekib kas välgu pinnal või väljub kogumahust.

Teadlased ei tea veel füüsikalist ja keemilist koostist, tänu millele saab selline loodusnähtus kergesti ületada ukseavad, aknad, väikesed vahed ning omandada taas oma esialgse suuruse ja kuju. Sellega seoses esitati hüpoteetilisi oletusi gaasi struktuuri kohta, kuid selline gaas peaks füüsikaseaduste kohaselt lendama õhku sisemise soojuse mõjul.

Keravälgu suurus on tavaliselt 10 - 20 sentimeetrit.
Sära värv võib reeglina olla sinine, valge või oranž. Kuid selle nähtuse tunnistajad teatavad, et püsivat värvi ei täheldatud ja see muutus alati.
Keravälgu kuju on enamasti sfääriline.
Olemasolu kestus ei ületanud 30 sekundit.
Temperatuuri pole lõpuni uuritud, kuid ekspertide hinnangul on see kuni 1000 kraadi Celsiuse järgi.

Teadmata selle loodusnähtuse päritolu olemust, on raske keravälgu liikumise kohta oletusi teha. Ühe teooria kohaselt võib sellise elektrilahenduse vormi liikumine toimuda tuule jõu, elektromagnetiliste võnkumiste või tõmbejõu mõjul.

Miks keravälk on ohtlik

Vaatamata paljudele erinevatele hüpoteesidele selle loodusnähtuse esinemise olemuse ja omaduste kohta, tuleb arvestada, et koostoime keravälguga on äärmiselt ohtlik, kuna suure tühjenemisega täidetud pall ei saa mitte ainult vigastada, vaid ka tappa. Plahvatus võib kaasa tuua traagilisi tagajärgi.

Esimene reegel, mida tulekeraga kohtudes järgida, on ära paanika, ära jookse, ära tee kiireid ja järske liigutusi.
Palli trajektoorist tuleb aeglaselt lahkuda, hoides sellest distantsi ja mitte pöörata selga.
Kui keravälk tekib suletud ruumi, tuleb esimese asjana püüda aken ettevaatlikult avada, et tekiks tuuletõmbus.
Lisaks ülaltoodud reeglitele on rangelt keelatud plasmakuulisse visata mingeid esemeid, kuna see võib põhjustada surmava plahvatuse.

Nii tappis Luganski oblastis golfipalli suurune välk autojuhi ja Pjatigorskis sai mees, kes üritas helendavat palli maha harjata, kätele raskeid põletushaavu. Burjaatias laskus välk läbi katuse ja plahvatas majas. Plahvatus oli nii tugev, et aknad ja uksed löödi välja, seinad said kannatada ning majapidamise omanikud said vigastada ja mürsulöögi.

Video: 10 fakti keravälgu kohta

See video tutvustab teie tähelepanu kõige salapärasema ja hämmastavama loodusnähtuse kohta.