Physique atmosphérique : comment, pourquoi et d'où vient la foudre. Foudre (phénomène) Phénomène optique foudre

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La foudre comme phénomène naturel

La foudre est une décharge d'étincelle électrique géante entre les nuages ​​ou entre les nuages ​​et la surface de la terre plusieurs kilomètres de long, des dizaines de centimètres de diamètre et des dixièmes de seconde de long. La foudre est accompagnée du tonnerre. En plus des éclairs linéaires, des éclairs en boule sont parfois observés.

Nature et causes de la foudre

L'orage est un processus atmosphérique complexe et son apparition est causée par la formation de cumulonimbus. La nébulosité importante est la conséquence d'une instabilité atmosphérique importante. Caractéristique d'un orage vent fort, pluie souvent intense (neige), parfois accompagnée de grêle. Avant un orage (une heure ou deux avant un orage) Pression atmosphérique commence à descendre rapidement jusqu'à ce que le vent augmente soudainement, puis commence à monter.

Les orages peuvent être divisés en orages locaux, frontaux, nocturnes et en montagne. Le plus souvent, une personne est confrontée à des orages locaux ou thermiques. Ces orages se produisent uniquement par temps chaud et très humide. air atmosphérique. En règle générale, ils surviennent en été à midi ou dans l'après-midi (12 à 16 heures). La vapeur d'eau présente dans le flux d'air chaud ascendant se condense en altitude, libérant beaucoup de chaleur et réchauffant les flux d'air ascendants. Comparé à l’air ambiant, l’air ascendant est plus chaud et augmente de volume jusqu’à devenir un nuage d’orage. Des cristaux de glace et des gouttelettes d’eau flottent constamment dans de gros nuages ​​orageux. En raison de leur fragmentation et de leur frottement entre eux et avec l'air, des charges positives et négatives se forment, sous l'influence desquelles apparaît un fort champ électrostatique (tension champ électrostatique peut atteindre 100 000 V/m). Et la différence de potentiel entre les différentes parties du nuage, les nuages ​​ou le nuage et la terre atteint des valeurs énormes. Lorsque l'intensité critique de l'air électrique est atteinte, une ionisation de l'air semblable à une avalanche se produit - une décharge d'étincelle de foudre.

Un orage frontal se produit lorsqu'une masse d'air froid pénètre dans une zone dominée par temps chaud. L'air froid déplace l'air chaud, ce dernier s'élevant jusqu'à une hauteur de 5 à 7 km. Des couches d'air chaud envahissent les tourbillons diverses directions, une rafale se forme, fort frottement entre les couches d'air, ce qui contribue à l'accumulation charges électriques. La longueur d'un orage frontal peut atteindre 100 km. Contrairement aux orages locaux, il fait généralement plus froid après les orages frontaux. Les orages nocturnes sont associés au refroidissement du sol la nuit et à la formation de courants de Foucault d'air ascendant. L'orage en montagne s'explique par la différence de radiation solaire, auquel sont exposés les versants sud et nord des montagnes. Les orages nocturnes et en montagne sont faibles et de courte durée.

L'activité des orages varie selon les régions de notre planète. Centres mondiaux des orages : île de Java - 220, Afrique équatoriale-150, sud du Mexique - 142, Panama - 132, centre du Brésil - 106 jours d'orage par an. Russie : Mourmansk - 5, Arkhangelsk - 10, Saint-Pétersbourg - 15, Moscou - 20 jours d'orage par an.

Par type, la foudre est divisée en linéaire, perle et boule. Les éclairs en perles et en boules sont des phénomènes assez rares.

Une décharge de foudre se développe en quelques millièmes de seconde ; à des courants aussi élevés, l'air dans la zone du canal de foudre se réchauffe presque instantanément jusqu'à une température de 30 000 à 33 000 ° C. En conséquence, la pression augmente fortement, l'air se dilate - une onde de choc apparaît, accompagnée d'un son pouls - tonnerre. En raison du fait que l'intensité du champ électrique créé par la charge électrique statique du nuage est particulièrement élevée sur les objets hauts et pointus, une lueur se produit ; en conséquence, l'ionisation de l'air commence, une décharge luminescente se produit et des langues de lueur rougeâtres apparaissent, parfois se raccourcissant et s'allongeant à nouveau. Vous ne devriez pas essayer d'éteindre ces incendies parce que... il n'y a pas de combustion. À une intensité de champ électrique élevée, un tas de filaments lumineux peut apparaître - une décharge corona accompagnée d'un sifflement. Des éclairs linéaires peuvent également se produire occasionnellement en l’absence de nuages ​​orageux. Ce n’est pas un hasard si l’expression « coup de tonnerre » est apparue.

Découverte de la foudre en boule

décharge électrique en boule de foudre

Comme cela arrive souvent, l'étude systématique de la foudre en boule a commencé par la négation de leur existence : en début XIX des siècles, toutes les observations éparses connues à cette époque étaient reconnues soit comme du mysticisme, soit, au mieux, comme une illusion d'optique.

Mais déjà en 1838, une revue rédigée par le célèbre astronome et physicien Dominique François Arago était publiée dans l'Annuaire du Bureau français des longitudes géographiques. Par la suite, il devient l'initiateur des expériences de Fizeau et Foucault pour mesurer la vitesse de la lumière, ainsi que des travaux qui conduisent Le Verrier à la découverte de Neptune. Sur la base des descriptions alors connues de la foudre en boule, Arago a conclu que bon nombre de ces observations ne pouvaient pas être considérées comme une illusion. Au cours des 137 années qui se sont écoulées depuis la publication de la revue d'Arago, de nouveaux témoignages oculaires et photographies sont apparus. Des dizaines de théories ont été créées, extravagantes, pleines d'esprit, qui expliquaient certaines propriétés connues la foudre en boule, et celles qui n'ont pas résisté aux critiques élémentaires. Faraday, Kelvin, Arrhenius, les physiciens soviétiques Ya.I. Frenkel et P.L. Kapitsa, de nombreux chimistes célèbres et enfin des spécialistes de la Commission nationale américaine pour l'astronautique et l'aéronautique de la NASA ont tenté d'étudier et d'expliquer ce phénomène intéressant et formidable. Et la foudre en boule reste encore aujourd’hui un mystère.

La nature de la foudre en boule

Quels faits les scientifiques devraient-ils relier ? théorie unifiée pour expliquer la nature de l'apparition de la foudre en boule ? Quelles restrictions les observations imposent-elles à notre imagination ?

En 1966, la NASA distribue à deux mille personnes un questionnaire dont la première partie pose deux questions : « Avez-vous vu des éclairs en boule ? » et « Avez-vous vu un éclair linéaire dans votre voisinage immédiat ? » Les réponses ont permis de comparer la fréquence d’observation de la foudre en boule avec la fréquence d’observation de la foudre ordinaire. Le résultat a été époustouflant : 409 personnes sur 2 000 ont vu un éclair linéaire à courte distance, et deux fois moins ont vu un éclair en boule. Il y a même eu une personne chanceuse qui a rencontré la foudre en boule 8 fois - une autre Preuve circonstancielle que ce n’est pas du tout un phénomène aussi rare qu’on le pense généralement.

L'analyse de la deuxième partie du questionnaire a confirmé de nombreux faits déjà connus : la foudre en boule a un diamètre moyen d'environ 20 cm ; ne brille pas très fort; la couleur est le plus souvent rouge, orange, blanc. Il est intéressant de noter que même les observateurs qui ont vu la foudre en boule se rapprocher n'ont souvent pas ressenti son rayonnement thermique, bien qu'il brûle au contact direct.

Un tel éclair existe de quelques secondes à une minute ; peut pénétrer dans les pièces par de petits trous, restituant alors sa forme. De nombreux observateurs rapportent qu'il jette des étincelles et tourne. Il plane généralement à une courte distance du sol, bien qu’il ait également été aperçu dans les nuages. Parfois, la foudre en boule disparaît doucement, mais parfois elle explose, provoquant des destructions notables.

Foudre en boule porte une grande énergie. Cependant, dans la littérature, on trouve souvent des estimations volontairement gonflées, mais même un chiffre réaliste modeste - 105 joules - pour un éclair d'un diamètre de 20 cm est très impressionnant. Si cette énergie était dépensée uniquement en rayonnement lumineux, elle pourrait briller pendant plusieurs heures. Certains scientifiques pensent que la foudre reçoit constamment de l’énergie de l’extérieur. Par exemple, P.L. Kapitsa a suggéré que cela se produit lorsqu'un puissant faisceau d'ondes radio décimétriques, qui peuvent être émises lors d'un orage, est absorbé. En réalité, pour la formation d'un caillot ionisé, comme la foudre en boule dans cette hypothèse, l'existence de onde stationnaire un rayonnement électromagnétique avec une intensité de champ très élevée aux ventres. Lorsqu'un éclair en boule explose, une puissance d'un million de kilowatts peut se développer, car cette explosion se produit très rapidement. Certes, les humains peuvent créer des explosions encore plus puissantes, mais si on les compare aux sources d’énergie « calmes », la comparaison ne sera pas en leur faveur.

Pourquoi les éclairs en boule brillent-ils ?

Arrêtons-nous sur un autre mystère de la foudre en boule : si sa température est basse (dans la théorie des clusters, on pense que la température de la foudre en boule est d'environ 1 000°K), alors pourquoi brille-t-elle ? Il s'avère que cela peut s'expliquer.

Lorsque les amas se recombinent, la chaleur libérée est rapidement répartie entre les molécules les plus froides. Mais à un moment donné, la température du « volume » à proximité des particules recombinées peut dépasser température moyenne substances éclair plus de 10 fois. Ce « volume » brille comme un gaz chauffé à 10 000-15 000 degrés. Il existe relativement peu de « points chauds » de ce type, de sorte que la substance de la foudre en boule reste translucide. La couleur de la foudre en boule est déterminée non seulement par l'énergie des coquilles de solvatation et la température des « volumes » chauds, mais également par la composition chimique de sa substance. On sait que si la foudre en boule apparaît lorsque la foudre linéaire frappe des fils de cuivre, elle est souvent colorée en bleu ou en vert - les « couleurs » habituelles des ions cuivre. La charge électrique résiduelle nous permet d'expliquer une telle propriétés intéressantes La foudre en boule, tout comme sa capacité à se déplacer contre le vent, à être attirée par des objets et à planer au-dessus des hauteurs.

La cause de la foudre en boule

Pour expliquer les conditions d’apparition et les propriétés de la foudre en boule, les chercheurs ont proposé de nombreuses hypothèses différentes. L'une des hypothèses extraordinaires est la théorie des extraterrestres, qui repose sur l'hypothèse que la foudre en boule n'est rien de plus qu'un type d'OVNI. Cette hypothèse est fondée, car de nombreux témoins oculaires affirment que la foudre en boule s'est comportée comme si elle était vivante. être sensible. Le plus souvent, cela ressemble à une balle, c'est pourquoi on l'appelait autrefois boule de feu. Cependant, ce n'est pas toujours le cas : des variantes de la foudre en boule apparaissent également. Cela peut avoir la forme d'un champignon, d'une méduse, d'un beignet, d'une goutte, d'un disque plat, d'un ellipsoïde. La couleur de l'éclair est le plus souvent jaune, orange ou rouge, les plus rares étant le blanc, le bleu, le vert et le noir. L’apparition de la foudre en boule ne dépend pas de la météo. Ils peuvent survenir dans temps différent et complètement indépendant des lignes électriques. Une rencontre avec une personne ou un animal peut également se dérouler de différentes manières : des boules mystérieuses soit planent paisiblement à une certaine distance, soit attaquent avec fureur, provoquant des brûlures, voire la mort. Après cela, ils peuvent disparaître silencieusement ou exploser bruyamment. Il convient de noter que le nombre de personnes tuées et blessées par des objets incendiés représente environ 9 % de la population totale. nombre total les témoins. Dans le cas où une personne est frappée par la foudre en boule, dans de nombreux cas, il ne reste aucune trace sur le corps, et le corps de la personne est tué par la foudre pour une raison inexplicable. pendant longtemps ne se décompose pas. En relation avec cette circonstance, une théorie a émergé selon laquelle la foudre peut influencer le cours du temps individuel d’un organisme.

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Les nuages ​​ont déployé leurs ailes et nous ont caché le soleil...

Pourquoi entend-on parfois le tonnerre et voit-on des éclairs quand il pleut ? D’où viennent ces épidémies ? Nous allons maintenant vous en parler en détail.

Qu'est-ce que la foudre ?

Qu'est-ce que la foudre? C'est un phénomène naturel étonnant et très mystérieux. Cela se produit presque toujours lors d'un orage. Certains sont étonnés, d’autres effrayés. Les poètes écrivent sur la foudre, les scientifiques étudient ce phénomène. Mais beaucoup de choses restent en suspens.

Une chose est sûre : c’est une étincelle géante. C'est comme si un milliard d'ampoules avaient explosé ! Sa longueur est énorme - plusieurs centaines de kilomètres ! Et elle est très loin de nous. C'est pourquoi nous le voyons d'abord, et ensuite seulement nous l'entendons. Le tonnerre est la « voix » de la foudre. Après tout, la lumière nous parvient plus vite que le son.

Et la foudre se produit également sur d’autres planètes. Par exemple, sur Mars ou Vénus. Un éclair normal ne dure qu’une fraction de seconde. Il se compose de plusieurs catégories. La foudre apparaît parfois de manière tout à fait inattendue.

Comment se forme la foudre ?

La foudre naît généralement dans un nuage d’orage, au-dessus du sol. Les nuages ​​​​d’orage apparaissent lorsque l’air commence à devenir très chaud. C’est pourquoi il y a des orages incroyables après une canicule. Des milliards de particules chargées volent littéralement vers leur lieu d'origine. Et quand ils sont très, très nombreux, ils s’enflamment. C'est de là que vient la foudre : d'un nuage d'orage. Elle peut toucher le sol. La terre l'attire. Mais il peut aussi exploser dans le cloud lui-même. Tout dépend de quel type d'éclair il s'agit.

Quels types de foudre existe-t-il ?

Il existe différents types de foudre. Et vous devez le savoir. Ce n’est pas seulement un « ruban » dans le ciel. Tous ces « rubans » sont différents les uns des autres.

La foudre est toujours un coup, c'est toujours une décharge entre quelque chose. Il y en a plus d'une dizaine ! Pour l’instant, ne citons que les plus basiques, en y joignant des images d’éclairs :

• Entre un nuage d'orage et le sol. Ce sont les mêmes « rubans » auxquels nous sommes habitués.

Entre grand arbre et les nuages. Le même « ruban », mais le coup est dirigé dans l’autre sens.

Fermeture à glissière en ruban - lorsqu'il n'y a pas un "ruban", mais plusieurs en parallèle.

• Entre cloud et cloud, ou simplement « joué » dans un seul cloud. Ce type d’éclair est souvent visible lors d’un orage. Vous devez juste être prudent.

• Il existe également des éclairs horizontaux qui ne touchent pas du tout le sol. Ils sont dotés d'une force colossale et sont considérés comme les plus dangereux

• Et tout le monde a entendu parler de la foudre en boule ! Seuls quelques-uns les ont vus. Il y en a encore moins qui aimeraient les voir. Et il y a aussi des gens qui ne croient pas en leur existence. Mais la foudre en boule existe ! Il est difficile de photographier de tels éclairs. Il explose rapidement, même s'il peut "faire une promenade", mais il vaut mieux que la personne à côté de lui ne bouge pas - c'est dangereux. Il n’y a donc pas de temps pour un appareil photo ici.

• Vue d'éclairs avec très beau nom- "Le Feu de Saint-Elme." Mais ce n'est pas vraiment un éclair. C'est la lueur qui apparaît à la fin d'un orage sur les bâtiments pointus, les lanternes et les mâts des navires. C'est aussi une étincelle, mais qui ne s'estompe pas et n'est pas dangereuse. Le Feu de Saint-Elme est très beau.

• La foudre volcanique se produit lorsqu'un volcan entre en éruption. Le volcan lui-même a déjà une charge. C'est probablement ce qui provoque la foudre.

• La foudre des sprites est quelque chose que vous ne pouvez pas voir depuis la Terre. Ils apparaissent au-dessus des nuages ​​et peu de gens les étudient encore. Ces éclairs ressemblent à des méduses.

• Les éclairs en pointillés ont à peine été étudiés. On peut le voir extrêmement rarement. Visuellement, cela ressemble vraiment à une ligne pointillée - comme si un ruban d'éclair fondait.

Ce sont les différents types d’éclairs. Il n'y a qu'une seule loi pour eux : la décharge électrique.

Conclusion.

Même dans les temps anciens, la foudre était considérée à la fois comme un signe et comme la colère des dieux. Elle était un mystère avant et le reste aujourd'hui. Peu importe la façon dont ils le décomposent en atomes et molécules les plus petits ! Et c'est toujours incroyablement beau !

On pense souvent que l’électricité est produite uniquement dans les centrales électriques, et certainement pas dans les masses fibreuses des nuages ​​d’eau, si raréfiés qu’on peut facilement y mettre la main. Cependant, il y a de l’électricité dans les nuages, tout comme dans le corps humain.

La nature de l'électricité

Tous les corps sont constitués d’atomes – depuis les nuages ​​et les arbres jusqu’au corps humain. Chaque atome possède un noyau contenant des protons chargés positivement et des neutrons neutres. L'exception est l'atome d'hydrogène le plus simple, dans le noyau duquel il n'y a pas de neutron, mais un seul proton.

Des électrons chargés négativement circulent autour du noyau. Les charges positives et négatives s'attirent, de sorte que les électrons tournent autour du noyau d'un atome, comme les abeilles autour d'une tarte sucrée. L’attraction entre les protons et les électrons est due aux forces électromagnétiques. L’électricité est donc présente partout où nous regardons. Comme nous le voyons, il est également contenu dans les atomes.

DANS conditions normales les charges positives et négatives de chaque atome s'équilibrent, de sorte que les corps constitués d'atomes ne portent généralement aucune charge nette - ni positive ni négative. De ce fait, le contact avec d’autres objets ne provoque pas de décharge électrique. Mais parfois, l’équilibre des charges électriques dans les corps peut être perturbé. Vous pouvez en faire l’expérience vous-même lorsque vous êtes à la maison par une froide journée d’hiver. La maison est très sèche et chaude. Vous, en vous traînant pieds nus, faites le tour du palais. À votre insu, une partie des électrons de vos semelles a été transférée aux atomes du tapis.

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Un peu sur la météo

Vous portez désormais une charge électrique car le nombre de protons et d’électrons dans vos atomes n’est plus équilibré. Essayez maintenant de saisir la poignée de porte en métal. Une étincelle jaillira entre vous et elle et vous ressentirez un choc électrique. Ce qui s’est passé, c’est que votre corps, qui n’a pas assez d’électrons pour atteindre l’équilibre électrique, cherche à rétablir l’équilibre grâce aux forces d’attraction électromagnétique. Et il est restauré. Entre la main et la poignée de porte se produit un flux d’électrons dirigé vers la main. Si la pièce était sombre, vous verriez des étincelles. La lumière est visible parce que les électrons, lorsqu’ils sautent, émettent des quanta de lumière. Si la pièce est calme, vous entendrez un léger crépitement.

L'électricité nous entoure partout et est contenue dans tous les corps. Les nuages ​​dans ce sens ne font pas exception. En arrière-plan ciel bleu ils ont l'air très inoffensifs. Mais tout comme vous dans la pièce, ils peuvent transporter une charge électrique. Si c'est le cas, méfiez-vous ! Lorsque le nuage rétablit l’équilibre électrique en lui-même, tout un feu d’artifice éclate.

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Pourquoi les éclairs sont-ils de couleurs différentes ?

Comment apparaît la foudre ?

Voici ce qui se passe : de puissants courants d'air circulent constamment dans un énorme nuage d'orage sombre, poussant diverses particules ensemble - grains de sel océanique, poussière, etc. Tout comme vos semelles, lorsqu'elles sont frottées contre un tapis, sont libérées des électrons, les particules d'un nuage, lorsqu'elles entrent en collision, sont libérées des électrons, qui sautent sur d'autres particules. C'est ainsi que se produit la redistribution des charges. Certaines particules qui ont perdu leurs électrons ont une charge positive, tandis que d'autres ont maintenant pris des électrons supplémentaires. charge négative.

Pour des raisons qui ne sont pas tout à fait claires, les particules plus lourdes deviennent chargées négativement, tandis que les particules plus légères deviennent chargées positivement. Ainsi, la partie inférieure la plus lourde du nuage devient chargée négativement. La partie inférieure du nuage, chargée négativement, pousse les électrons vers le sol, car des charges similaires se repoussent. Ainsi, une partie chargée positivement de la surface terrestre se forme sous le nuage. Ensuite, selon exactement le même principe selon lequel une étincelle saute entre vous et la poignée de porte, la même étincelle sautera entre le nuage et le sol, mais très grande et puissante - c'est la foudre. Les électrons volent dans un zigzag géant vers le sol, y trouvant leurs protons. Au lieu d'un crépitement à peine audible, glisser tonnerre

Foudre - rejet de gaz dans des conditions naturelles

Introduction3

1.Vues historiques sur la fermeture éclair 4

2. Foudre 6

Types de foudre9

Physique de la foudre linéaire9

Le mystère de la foudre en boule……………………………………………...13

3. Chiffres 26

Types de rejets26

Décharge d'étincelles2 6

4. Protection contre la foudre 33

Conclusion3 7

Liste des utilisationsbaignélittérature39

Introduction

Le choix du sujet de mon essai est déterminé non seulement par l'intérêt personnel, mais aussi par la pertinence. La nature de la foudre recèle de nombreux mystères. Pour décrire ce phénomène rare, les scientifiques sont obligés de s'appuyer uniquement sur des témoignages oculaires épars. Ces maigres récits et une poignée de photographies sont tout ce dont dispose la science. Comme l’a déclaré un scientifique, nous n’en savons pas plus sur la foudre que les anciens Égyptiens n’en savaient sur la nature des étoiles.

La foudre présente un grand intérêt non seulement en tant que phénomène naturel particulier. Il permet d'observer une décharge électrique dans un milieu gazeux à une tension de plusieurs centaines de millions de volts et une distance entre électrodes de plusieurs kilomètres. Le but de cet essai est de considérer les causes de la foudre, d'étudier divers types charges électriques. Le résumé aborde également la question de la protection contre la foudre. Les gens ont compris il y a longtemps quels dommages un coup de foudre pouvait causer et ils ont mis au point une protection contre ce phénomène.

Les éclairs intéressent depuis longtemps les scientifiques, mais aujourd'hui encore, nous en savons un peu plus sur leur nature qu'il y a 250 ans, même si nous avons pu les détecter même sur d'autres planètes.

2. Vues historiques sur la foudre

La foudre et le tonnerre étaient initialement perçus par les hommes comme une expression de la volonté des dieux et, en particulier, comme une manifestation de la colère de Dieu. Dans le même temps, l'esprit humain curieux essaie depuis longtemps de comprendre la nature de la foudre et du tonnerre, de comprendre leurs causes naturelles. Dans les temps anciens, Aristote y réfléchissait. Lucrèce réfléchit à la nature de la foudre. Ses tentatives pour expliquer le tonnerre par le fait que « les nuages ​​s'y heurtent sous la pression des vents » semblent très naïves.

Pendant de nombreux siècles, y compris au Moyen Âge, on a cru que la foudre était une vapeur enflammée emprisonnée dans la vapeur d'eau des nuages. En expansion, il les traverse au point le plus faible et se précipite rapidement vers la surface de la terre.

En 1752, Benjamin Franklin (Fig. 1) prouva expérimentalement que la foudre est une forte décharge électrique. Le scientifique a réalisé la célèbre expérience avec un cerf-volant qui était lancé dans les airs à l’approche d’un orage.

Expérience : Un fil de fer aiguisé était attaché à la traverse du serpent ; une clé et un ruban de soie étaient attachés au bout de la corde qu'il tenait avec sa main. Dès que le nuage d'orage était au-dessus du cerf-volant, le fil aiguisé commençait à en extraire une charge électrique et le cerf-volant, ainsi que la corde, s'électrifiaient. Une fois que la pluie a mouillé le cerf-volant et la corde, les rendant ainsi libres de conduire une charge électrique, vous pouvez observer comment la charge électrique « s'écoulera » lorsque votre doigt s'approche.

Simultanément avec Franklin, M.V. étudiait la nature électrique de la foudre. Lomonosov et G.V. Un homme riche.

Grâce à leurs recherches au milieu du XVIIIe siècle, il a été prouvé nature électrique foudre. À partir de ce moment-là, il est devenu clair que la foudre est une puissante décharge électrique qui se produit lorsque les nuages ​​sont suffisamment électrisés.

Foudre

La foudre est une source éternelle de recharge du champ électrique terrestre. Au début du XXe siècle, des sondes atmosphériques mesuraient champ électrique Terre. Son intensité en surface s'est avérée être d'environ 100 V/m, ce qui correspond à une charge totale de la planète d'environ 400 000 C. Les porteurs de charges dans l'atmosphère terrestre sont des ions dont la concentration augmente avec l'altitude et atteint un maximum à une altitude de 50 km, où sous l'influence du rayonnement cosmique s'est formée une couche électriquement conductrice - l'ionosphère. Par conséquent, le champ électrique terrestre est le champ d’un condensateur sphérique auquel une tension appliquée est d’environ 400 kV. Sous l'influence de cette tension, un courant de 2 à 4 kA, dont la densité est de 1 à 12 A/m2, circule constamment des couches supérieures vers les couches inférieures, et de l'énergie est libérée jusqu'à 1,5 GW. Et ce champ électrique disparaîtrait s’il n’y avait pas d’éclair ! Donc dans beau temps Le condensateur électrique - la Terre - est déchargé et chargé lors d'un orage.

La foudre est une décharge naturelle de grandes accumulations de charges électriques dans les couches inférieures de l’atmosphère. L'un des premiers à l'avoir établi fut l'Américain homme d'État et le scientifique B. Franklin. En 1752, il mena une expérience avec un cerf-volant en papier, dont le cordon était attaché à une clé en métal, et reçut des étincelles de la clé lors d'un orage. Depuis lors, la foudre a été étudiée de manière intensive. phénomène intéressant nature, ainsi qu'en raison de dommages graves aux lignes électriques, aux maisons et autres bâtiments causés par un coup de foudre direct ou par la tension induite par celui-ci.

Comment déclencher un coup de foudre ? Il est très difficile d’étudier ce qui se passera dans un lieu inconnu et quand. A savoir, pendant pendant de longues années Les scientifiques ont étudié la nature de la foudre. On pense que l’orage dans le ciel est dirigé par Élie le prophète et nous ne connaissons pas ses plans. Cependant, les scientifiques tentent depuis longtemps de remplacer le prophète Élie en créant un canal conducteur entre un nuage d’orage et la terre. A cet effet, B. Franklin a lancé cerf-volant, se terminant par du fil de fer et un trousseau de clés métalliques. Ce faisant, il a provoqué de faibles décharges circulant le long du fil et a été le premier à prouver que la foudre est une décharge électrique négative s'écoulant des nuages ​​vers le sol. Les expériences de Franklin étaient extrêmement dangereuses et l'un de ceux qui ont tenté de les répéter, l'académicien russe G.V. Richman, est mort d'un coup de foudre en 1753.

Dans les années 1990, les chercheurs ont appris à créer des éclairs sans mettre leur vie en danger. Une façon de déclencher la foudre consiste à tirer une petite fusée depuis le sol directement sur un nuage d’orage. Tout au long de sa trajectoire, la fusée ionise l'air et crée ainsi un canal conducteur entre le nuage et le sol. Et si la charge négative au bas du nuage est suffisamment importante, une décharge de foudre se produit le long du canal créé, dont tous les paramètres sont enregistrés par des instruments situés à côté de la rampe de lancement de la fusée. Pour créer davantage De meilleures conditions pour décharger la foudre, un fil métallique est attaché à la fusée, la reliant au sol.

Le cloud est une usine de production de charges électriques. Cependant, différentes poussières « chargées » peuvent apparaître sur les corps, même s'ils sont constitués du même matériau - il suffit que la microstructure de la surface soit différente. Par exemple, lorsqu’un corps lisse frotte contre un corps rugueux, les deux s’électrifient.

Un nuage d'orage est grande quantité de la vapeur, dont une partie se condensait sous forme de minuscules gouttelettes ou de flocons de glace. Le sommet d'un nuage d'orage peut se trouver à une altitude de 6 à 7 km et le bas peut pendre au-dessus du sol à une altitude de 0,5 à 1 km. Au-dessus de 3-4 km, les nuages ​​sont constitués de banquises de différentes tailles, car la température y est toujours inférieure à zéro. Ces morceaux de glace sont en mouvement constant, provoqués par les courants ascendants d’air chaud provenant de la surface chauffée de la Terre. Les petits morceaux de glace sont plus facilement emportés par les courants d'air ascendants que les gros. Par conséquent, de petits morceaux de glace « agiles », se déplaçant vers le sommet du nuage, entrent constamment en collision avec les plus gros. Avec chacune de ces collisions, une électrification se produit, dans laquelle les gros morceaux de glace sont chargés négativement et les petits - positivement. Au fil du temps, de petits morceaux de glace chargés positivement se retrouvent au sommet du nuage, et les gros morceaux chargés négativement se retrouvent au fond. En d’autres termes, le sommet d’un orage est chargé positivement et le bas est chargé négativement. Tout est prêt pour une décharge de foudre, au cours de laquelle une dégradation de l'air se produit et la charge négative du bas du nuage d'orage s'écoule vers la Terre.

La foudre est un « bonjour » venu de l’espace et une source de rayonnement X. Cependant, le nuage lui-même n’est pas capable de s’électrifier suffisamment pour provoquer une décharge entre sa partie inférieure et le sol. L'intensité du champ électrique dans un nuage d'orage ne dépasse jamais 400 kV/m, et un claquage électrique dans l'air se produit à une tension supérieure à 2 500 kV/m. Par conséquent, pour qu’un éclair se produise, il faut autre chose qu’un champ électrique. En 1992, le scientifique russe A. Gurevich de l'Institut de physique du nom. P. N. Lebedev RAS (FIAN) a suggéré que les rayons cosmiques - des particules de haute énergie tombant de l'espace sur la Terre à des vitesses proches de la lumière - pourraient être une sorte d'allumage de la foudre. Des milliers de ces particules bombardent tout le monde chaque seconde mètre carré l'atmosphère terrestre.

Selon la théorie de Gurevich, une particule de rayonnement cosmique, entrant en collision avec une molécule d'air, l'ionise, entraînant la formation d'un grand nombre d'électrons avec haute énergie. Une fois dans le champ électrique entre le nuage et le sol, les électrons sont accélérés jusqu'à des vitesses proches de la lumière, ionisant leur trajectoire et provoquant ainsi une avalanche d'électrons se déplaçant avec eux vers le sol. Le canal ionisé créé par cette avalanche d’électrons est utilisé par la foudre pour se décharger.

Des études récentes ont montré que la foudre est une source assez puissante de rayonnement X, dont l'intensité peut atteindre 250 000 électrons-volts, soit environ le double de celle utilisée dans les radiographies pulmonaires.

Types de foudre

a) La plupart des éclairs se produisent entre un nuage et la surface de la Terre, mais il existe également des éclairs entre les nuages. Tous ces éclairs sont habituellement appelés linéaires. La longueur d’un seul éclair linéaire peut être mesurée en kilomètres.

b) Un autre type de foudre est la foudre en bande (Fig. 2). Dans ce cas, l'image suivante apparaît comme si plusieurs éclairs linéaires apparaissaient presque identiques, décalés les uns par rapport aux autres.

c) Il a été constaté que dans certains cas, un éclair se désintègre en zones lumineuses distinctes de plusieurs dizaines de mètres de long. Ce phénomène est appelé foudre en perles. Selon Malan (1961), ce type d'éclair s'explique sur la base d'une décharge prolongée, après quoi la lueur semblerait plus brillante à l'endroit où le canal se courbe vers l'observateur qui l'observe avec son extrémité face à lui. Et Yuman (1962) pensait que ce phénomène devait être considéré comme un exemple de « l'effet ping », qui consiste en un changement périodique du rayon de la colonne de décharge avec une période de plusieurs microsecondes.

d) La foudre en boule, qui est le phénomène naturel le plus mystérieux.

Physique de la foudre linéaire

La foudre linéaire est constituée de plusieurs impulsions qui se succèdent rapidement. Chaque impulsion est une rupture de l'entrefer entre le nuage et le sol, se produisant sous la forme décharge d'étincelle. Examinons d'abord la première impulsion. Son développement comporte deux étapes : d'abord, un canal de décharge se forme entre le nuage et le sol, puis l'impulsion de courant principale traverse rapidement le canal formé.

La première étape est la formation d'un canal d'évacuation. Tout commence par le fait qu'un champ électrique de très haute intensité se forme au bas du nuage - 105...106 V/m.

Les électrons libres reçoivent d’énormes accélérations dans un tel champ. Ces accélérations sont dirigées vers le bas, puisque la partie inférieure du nuage est chargée négativement et que la surface de la terre est chargée positivement. Entre la première collision et la suivante, les électrons acquièrent des énergie cinétique. Ainsi, lorsqu’ils entrent en collision avec des atomes ou des molécules, ils les ionisent. En conséquence, de nouveaux électrons (secondaires) naissent, qui, à leur tour, sont accélérés dans le champ du nuage et ionisent ensuite de nouveaux atomes et molécules lors de collisions. Des avalanches entières d'électrons rapides apparaissent, formant des nuages ​​tout en bas, des « fils » de plasma - une banderole.

En fusionnant les uns avec les autres, les streamers donnent naissance à un canal plasma à travers lequel passera ensuite l'impulsion de courant principale.

Ce canal de plasma se développant du « bas » du nuage jusqu’à la surface de la terre est rempli d’électrons et d’ions libres et peut donc bien conduire le courant électrique. Il est appelé chef ou plus précisément chef de file. Le fait est que le canal ne se forme pas en douceur, mais par sauts - par "étapes".

On ne sait pas avec certitude pourquoi il y a des pauses dans le mouvement du leader, et des pauses relativement régulières. Il existe plusieurs théories sur les leaders en échelons.

En 1938, Schönland avance deux explications possibles pour expliquer le retard causé par la nature échelonnée du leader. Selon l’un d’eux, les électrons devraient descendre dans le canal streamer leader (buvaitÔque). Cependant, certains électrons sont capturés par des atomes et des ions chargés positivement, de sorte qu'il faut un certain temps pour que de nouveaux électrons avançant arrivent avant qu'il n'y ait un gradient de potentiel suffisant pour que le courant continue. Selon un autre point de vue, il faut du temps pour que les ions chargés positivement s'accumulent sous la tête du canal leader et créent ainsi un gradient de potentiel suffisant à travers celui-ci. Et ici processus physiques, se produisant près de la tête du leader sont tout à fait compréhensibles. L'intensité du champ sous le nuage est assez élevée - c'est<
B/m; dans la zone de l'espace directement devant la tête du leader, c'est encore plus grand. Dans un champ électrique puissant à proximité de la tête leader, une ionisation intense des atomes et des molécules d'air se produit. Cela se produit en raison, premièrement, du bombardement d'atomes et de molécules par des électrons rapides s'échappant du leader (ce qu'on appelle ionisation par impact), et, d'autre part, l'absorption par les atomes et les molécules des photons du rayonnement ultraviolet émis par le leader (photoionisation). En raison de l'ionisation intense des atomes et des molécules d'air rencontrés sur le chemin du leader, le canal plasmatique se développe, le leader se déplace vers la surface de la terre.>

En tenant compte des arrêts en cours de route, il a fallu 10...20 ms au leader pour atteindre le sol à une distance de 1 km entre le nuage et la surface terrestre. Désormais, le nuage est relié au sol par un canal plasma qui conduit parfaitement le courant. Le canal de gaz ionisé semblait court-circuiter le nuage avec la terre. Ceci termine la première étape du développement de l’impulsion initiale.

Deuxième étape coule rapidement et puissamment. Le courant principal circule le long du chemin tracé par le leader. L'impulsion de courant dure environ 0,1 ms. La force actuelle atteint des valeurs de l'ordre<
A. Une quantité importante d'énergie est libérée (jusqu'à
J). La température du gaz dans le canal atteint
. C’est à ce moment que naît la lumière inhabituellement brillante que nous observons lors d’une décharge de foudre, et que le tonnerre se produit, provoqué par la soudaine expansion du gaz soudainement chauffé.>

Il est important que la lueur et l'échauffement du canal plasma se développent dans la direction allant du sol vers le nuage, c'est-à-dire en bas en haut. Pour expliquer ce phénomène, divisons conditionnellement l'ensemble du canal en plusieurs parties. Dès que le canal s'est formé (la tête du leader a atteint le sol), d'abord les électrons qui se trouvaient dans sa partie la plus basse sautent vers le bas ; par conséquent, la partie inférieure du canal commence d'abord à briller et à se réchauffer. Ensuite, les électrons du canal suivant (partie supérieure du canal) se précipitent vers le sol ; la lueur et le chauffage de cette pièce commencent. Et ainsi progressivement - de bas en haut - de plus en plus d'électrons sont inclus dans le mouvement vers le sol ; En conséquence, la lueur et l’échauffement du canal se propagent de bas en haut.

Après le passage de l'impulsion de courant principal, il y a une pause

durée de 10 à 50 ms. Pendant ce temps, le canal s'éteint pratiquement, sa température chute à environ<
, le degré d'ionisation du canal diminue considérablement.>

Si plus de temps que d'habitude s'écoule entre les coups de foudre ultérieurs, le degré d'ionisation peut être si faible, en particulier dans la partie inférieure du canal, qu'un nouveau pilote devient nécessaire pour réioniser l'air. Cela explique les cas individuels de formation de marches aux extrémités inférieures des leaders, précédant non pas le premier, mais les principaux coups de foudre suivants.

Comme indiqué ci-dessus, le nouveau leader suit la voie tracée par le leader d’origine. Il fonctionne de haut en bas sans s'arrêter (1 ms). Et encore une fois, une puissante impulsion du courant principal s'ensuit. Après une autre pause, tout se répète. En conséquence, plusieurs impulsions puissantes sont affichées, que nous percevons naturellement comme rang uniqueéclair sous la forme d’un seul éclair lumineux (Fig. 3).

Le mystère de la foudre en boule

La foudre en boule ne ressemble absolument pas à la foudre ordinaire (linéaire), ni par son apparence, ni par son comportement. La foudre ordinaire est de courte durée ; le ballon vit des dizaines de secondes, des minutes. Les éclairs normaux sont accompagnés de tonnerre ; la balle est presque silencieuse, il y a beaucoup de comportements imprévisibles dans son comportement (Fig. 4).

La foudre en boule nous pose de nombreuses énigmes, des questions auxquelles il n'y a pas de réponse claire. Pour l’instant, nous ne pouvons que spéculer et émettre des hypothèses.

La seule méthode pour étudier la foudre en boule est la systématisation et l'analyse d'observations aléatoires.

Résultats du traitement des observations

Voici les informations les plus fiables sur la foudre en boule (BL)

Un BL est un objet sphérique d'un diamètre de 5 ... 30 cm. La forme d'un BL change légèrement, prenant une forme en forme de poire ou sphérique aplatie. Très rarement, BL a été observé sous forme de tore.

Le CMM brille généralement en orange ; des cas de couleur violette ont été notés. La luminosité et le caractère de la lueur sont similaires à la lueur d'une lampe à incandescence. charbon, parfois l'intensité de la lueur est comparée à celle d'une ampoule électrique faible. Sur fond de rayonnement homogène, des zones lumineuses plus brillantes (flares) apparaissent et se déplacent.

La durée de vie du BL varie de quelques secondes à dix minutes. L'existence d'un BL se termine par sa disparition, parfois accompagnée d'une explosion ou d'un éclair lumineux pouvant provoquer un incendie.

La CMM est généralement observée lors d'un orage avec de la pluie, mais il existe des preuves isolées de CMM observées lors d'un orage sans pluie. Il y a eu des cas d'observations de CMM au-dessus de plans d'eau situés à une distance significative du rivage ou de tout objet.

La MMT flotte dans les airs et se déplace avec Les courants d'air, mais en même temps, il peut effectuer des mouvements actifs « étranges » qui ne coïncident clairement pas avec le mouvement de l'air.

Lors d'une collision avec des objets environnants, la MMT rebondit comme si elle était faiblement gonflée ballon ou met fin à son existence.

Au contact d'objets en acier, la bille est détruite et un éclair lumineux de plusieurs secondes est observé, accompagné de fragments lumineux dispersés, rappelant la soudure du métal. Lors d'une inspection ultérieure, les objets en acier s'avèrent légèrement fondus.

CMM entre parfois dans une pièce par des fenêtres fermées. La plupart des témoins décrivent le processus de pénétration comme une coulée à travers un petit trou ; une très petite partie des témoins affirment que le CMM pénètre à travers une vitre intacte, sans pratiquement changer de forme.

Lorsque la MMT touche brièvement la peau humaine, des brûlures mineures sont enregistrées. Les contacts provoquant un éclair ou une explosion ont entraîné de graves brûlures, voire la mort.

Aucun changement significatif dans la taille du BL et la luminosité de la lueur n’a été observé au cours de la période d’observation.

Il existe des preuves d'observation du processus d'émergence de BL à partir de prises électriques ou d'appareils électriques en fonctionnement. Dans ce cas, un point lumineux apparaît d'abord, qui en quelques secondes augmente jusqu'à une taille de l'ordre de 10 cm. Dans tous ces cas, le BL existe pendant plusieurs secondes et est détruit avec un bang caractéristique sans dommage significatif aux objets. objets présents et environnants.

Comment se forme la foudre en boule ?

Il se forme généralement lors d'un fort orage, cependant, il a été remarqué plus d'une fois par temps ensoleillé. La foudre en boule se produit soudainement et dans un seul cas. Il peut apparaître depuis les nuages, derrière des arbres ou d’autres objets et bâtiments. La foudre en boule surmonte facilement les obstacles sur son passage, y compris en pénétrant dans des espaces confinés. Des cas sont décrits où ce type d'éclair est apparu depuis un téléviseur, une cabine d'avion, des prises, dans des espaces clos... En même temps, il peut dépasser des objets sur son passage, en les traversant.

À plusieurs reprises, l’apparition d’un caillot électrique a été enregistrée aux mêmes endroits. Le processus de déplacement ou de migration de la foudre se produit principalement horizontalement et à une hauteur d'environ un mètre au-dessus du sol. Il y a aussi un son sous forme de craquements, de crépitements et de grincements, qui entraîne des interférences sur la radio.

D'après les descriptions de témoins oculaires de ce phénomène, on distingue deux types d'éclairs :

Caractéristiques

L’origine de ces éclairs est encore inconnue. Il existe des versions selon lesquelles une décharge électrique se produit soit à la surface de la foudre, soit à partir du volume total.

Les scientifiques ne connaissent pas encore la composition physique et chimique grâce à laquelle un tel phénomène naturel peut facilement surmonter les portes, les fenêtres, les petites fissures et retrouver sa taille et sa forme d'origine. À cet égard, des hypothèses hypothétiques ont été faites sur la structure du gaz, mais un tel gaz, selon les lois de la physique, devrait voler dans l'air sous l'influence de la chaleur interne.

• La taille de la foudre en boule est généralement de 10 à 20 centimètres.
• La couleur de la lueur peut généralement être bleue, blanche ou orange. Cependant, des témoins de ce phénomène rapportent qu'une couleur constante n'a pas été observée et qu'elle changeait toujours.
• La forme de la foudre en boule est dans la plupart des cas sphérique.
• La durée d'existence a été estimée à 30 secondes maximum.
• La température n'a pas été entièrement étudiée, mais selon les experts, elle pourrait atteindre 1 000 degrés Celsius.

Sans connaître la nature de l'origine de ce phénomène naturel, il est difficile de faire des hypothèses sur la façon dont la foudre en boule se déplace. Selon une théorie, le mouvement de cette forme de décharge électrique peut se produire en raison de la force du vent, de l’action d’oscillations électromagnétiques ou de la force de gravité.

Pourquoi la foudre en boule est-elle dangereuse ?

Malgré de nombreuses hypothèses différentes sur la nature de l'événement et les caractéristiques de ce phénomène naturel, il convient de garder à l'esprit que l'interaction avec la foudre en boule est extrêmement dangereuse, car une boule remplie d'une grosse décharge peut non seulement causer des blessures, mais aussi tuer. . Une explosion peut avoir des conséquences tragiques.

• La première règle à suivre face à une boule de feu est de ne pas paniquer, de ne pas courir et de ne pas faire de mouvements rapides et brusques.
• Il faut s'éloigner lentement de la trajectoire du ballon, tout en gardant une distance par rapport à celui-ci et sans lui tourner le dos.
• Lorsqu’un éclair en boule apparaît dans une pièce fermée, la première chose à faire est d’essayer d’ouvrir délicatement la fenêtre pour créer un courant d’air.
• En plus des règles ci-dessus, il est strictement interdit de jeter des objets dans la boule de plasma, car cela pourrait provoquer une explosion mortelle.

Ainsi, dans la région de Lougansk, un éclair de la taille d'une balle de golf a tué un conducteur, et à Piatigorsk, un homme, essayant d'effacer une balle lumineuse, a été gravement brûlé aux mains. En Bouriatie, la foudre a traversé le toit et explosé dans une maison. L'explosion a été si forte que les fenêtres et les portes ont été brisées, les murs ont été endommagés et les propriétaires de la maison ont été blessés et ont subi une commotion cérébrale.

Vidéo : 10 faits sur la foudre en boule

Cette vidéo présente à votre attention des faits sur le phénomène naturel le plus mystérieux et le plus étonnant.