Явление молнии в природе
МОЛНИЯ.
Молния представляет большой интерес не только как своеобразное
явление природы. Она дает возможность наблюдать электрический разряд в
газовой среде при напряжении в несколько сотен миллионов вольт и расстоянии
между электродами в несколько километров.
В 1750 Б.Франклин предложил Лондонскому королевскому обществу
поставить опыт с железной штангой, укрепленной на изолирующем основании и
установленной на высокой башне. Он ожидал, что при приближении грозового
облака к башне на верхнем конце первоначально нейтральной штанги
сосредоточится заряд противоположного знака, а на нижнем – заряд того же
знака, что у основания облака. Если напряженность электрического поля при
разряде молнии возрастет достаточно сильно, заряд с верхнего конца штанги
будет частично стекать в воздух, а штанга приобретет заряд того же знака,
что и основание облака.
Предложенный Франклином эксперимент не был осуществлен в Англии, однако
его поставил в 1752 в Марли под Парижем французский физик Жан д'Аламбер. Он
использовал вставленную в стеклянную бутылку (служившую изолятором)
железную штангу длиной 12 м, но не помещал ее на башню. 10 мая его
ассистент сообщил, что, когда грозовое облако находилось над штангой, при
поднесении к ней заземленной проволоки возникали искры.
Сам Франклин, не зная об успешном опыте, реализованном во Франции, в
июне того же года провел свой знаменитый эксперимент с воздушным змеем и
наблюдал электрические искры на конце привязанной к нему проволоки. На
следующий год, изучая заряды, собранные со штанги, Франклин установил, что
основания грозовых облаков обычно заряжены отрицательно.
Более детальные исследования молний стали возможны в конце 19 в.
благодаря совершенствованию методов фотографии, особенно после изобретения
аппарата с вращающимися линзами, что позволило фиксировать быстро
развивающиеся процессы. Такой фотоаппарат широко использовался при изучении
искровых разрядов. Было установлено, что существует несколько типов молний,
причем наиболее распространены линейные, плоские (внутриоблачные) и шаровые
(воздушные разряды). Линейные молнии представляют собой искровой разряд
между облаком и земной поверхностью, следующий по каналу с направленными
вниз ответвлениями. Плоские молнии возникают внутри грозового облака и
выглядят как вспышки рассеянного света. Воздушные разряды шаровых молний,
начинающиеся от грозового облака, часто направлены горизонтально и не
достигают земной поверхности.
Разряд молнии обычно состоит из трех или более повторных разрядов –
импульсов, следующих по одному и тому же пути. Интервалы между
последовательными импульсами очень коротки, от 1/100 до 1/10 с (этим
обусловлено мерцание молнии). В целом вспышка длится около секунды или
меньше. Типичный процесс развития молнии можно описать следующим образом.
Сначала сверху к земной поверхности устремляется слабо светящийся разряд-
лидер. Когда он ее достигнет, ярко светящийся обратный, или главный, разряд
проходит от земли вверх по каналу, проложенному лидером.
Разряд-лидер, как правило, движется зигзагообразно. Скорость его
распространения колеблется от ста до нескольких сотен километров в секунду.
На своем пути он ионизирует молекулы воздуха, создавая канал с повышенной
проводимостью, по которому обратный разряд движется вверх со скоростью
приблизительно в сто раз большей, чем у разряда-лидера. Размер канала
определить трудно, однако диаметр разряда-лидера оценивается в 1–10 м, а
обратного разряда – в несколько сантиметров.
Разряды молнии создают радиопомехи, испуская радиоволны в широком
диапазоне – от 30 кГц до сверхнизких частот. Наибольшее излучение радиоволн
находится, вероятно, в диапазоне от 5 до 10 кГц. Такие низкочастотные
радиопомехи «сосредоточены» в пространстве между нижней границей ионосферы
и земной поверхностью и способны распространяться на расстояния в тысячи
километров от источника.
