Процесс возникновения грозовых разрядов достаточно хорошо изучен современной наукой. Считается, что в большинстве случаев (90%) разряд между облаком и землей имеет отрицательный заряд. Оставшиеся более редкие виды грозовых разрядов можно разделить на три вида:
- разряд от земли к облаку отрицательный;
- положительная молния от облака к земле;
- вспышка от земли к облаку с позитивным зарядом.
Большая часть разрядов фиксируется в пределах одного облака или между разными грозовыми тучами.
Образование молнии: теория процесса
Формирование грозовых разрядов: 1 = примерно 6 тыс. метров и -30°С, 2 = 15 тыс. метров и -30°С.
Атмосферные электрические разряды или молнии между землей и небом образуются при сочетании и наличии определенных необходимых условий, важным, из которых является появление конвекции. Это природное явления во время, которого воздушные массы достаточно теплые и влажные переносятся восходящим потоком в верхние слои атмосферы. При этом имеющаяся в них влага переходит в твердое агрегатное состояние - льдинки. Грозовые фронты образуются, тогда когда кучево-дождевые облака располагаются на высоте более 15 тыс. м, а восходящие от земли потоки имеют скорость до 100 км/ч. Конвекция приводит к возникновению грозовых разрядов, так как более крупные градинки из нижней части облака сталкиваются и трутся об поверхность более легких льдинок верхней его части.
Заряды грозового облака и их распределение
Отрицательные и положительные заряды: 1 = градина, 2 = кристаллы льда.
Многочисленные исследования подтверждают, что падающие более тяжелые градинки, образующиеся при температуре воздуха теплее - 15°С, носят отрицательный заряд, а легкие кристаллы льда, образовавшиеся при температуре воздуха холоднее - 15°С, обычно положительно заряженные. Восходящие от земли потоки воздуха поднимают в более высокие слои положительные легкие льдинки, в центральную часть тучи отрицательные градинки и делят облако на три части:
- самую верхнюю зону с положительным зарядом;
- среднюю или центральную зону, частично отрицательно заряженную;
- нижнюю с частично положительным зарядом.
Ученые объясняют развитие молнии в облаке тем, что электроны распределяются таким образом, что верхняя его часть имеет положительный заряд, а средняя и частично нижняя - отрицательный. Временами этот своеобразный конденсатор разряжается. Зародившаяся в отрицательной части облака молния идет к положительной земле. При этом необходимая для разряда молнии сила поля должна быть в пределах 0,5-10 кВ/см. Эта величина зависит от изолирующих свойств воздуха.
Распределение разряда: 1 = примерно 6 тыс. метров, 2 = электрическое поле.
Расчет стоимости
Наши объекты
АО "Мосводоканал", Физкультурно-оздоровительный комплекс дома отдыха «Пялово»
Адрес объекта: Московская область, Мытищинский район, дер. Пруссы, д. 25
Вид работ: Проектирование и монтаж системы внешней молниезащиты.
Состав молниезащиты: По плоской кровле защищаемого сооружения уложена молниеприемная сетка. Две дымоходные трубы защищены посредством установки на них молниеприемных стержней длиной 2000 мм и диаметром 16 мм. В качестве молниеприемного проводника использована сталь горячего цинкования диаметром 8 мм (сечение 50 кв.мм в соответствии с РД 34.21.122-87). Токоотводы проложены за водосточными трубами на хомутах с зажимными клеммами. Для токоотводов использован проводник из стали горячего цинкования диаметром 8 мм.
ГТЭС Терешково
Адрес объекта: г. Москва. Боровское ш., коммунальная зона «Терешково».
Вид работ: монтаж системы внешней молниезащиты (молниеприемная часть и токоотводы).
Комплектующие:
Исполнение: Общее количество проводника из стали горячего цинкования для 13 сооружений в составе объекта составило 21.5000 метров. По кровлям прокладывается молниеприемная сетка с шагом ячейки 5х5 м, по углам зданий монтируются по 2 токоотвода. В качестве элементов крепления использованы стеновые держатели, промежуточные соединители, держатели для плоской кровли с бетоном, скоростные соединительные клеммы.
Солнечногорский завод "ЕВРОПЛАСТ"
Адрес объекта: Московская обл., Солнечногорский район, дер. Радумля.
Вид работ: Проектирование системы молниезащиты промышленного здания.
Комплектующие: производства фирмы OBO Bettermann.
Выбор системы молниезащиты: Молниезащиту всего здания выполнить по III категории в виде молниеприемной сетки из горячеоцинкованного проводника Rd8 с шагом ячейки 12х12 м. Молниеприемный проводник уложить поверх кровельного покрытия на держатели для мягкой кровли из пластика с бетонным утяжелением. Обеспечить дополнительную защиту оборудования на нижнем уровне кровли установкой многократного стержневого молниеотвода, состоящего из стержневых молниеприемников. В качестве молниеприемника использовать стальной горячеоцинкованный прут Rd16 длиной 2000 мм.
Здание Макдональдса
Адрес объекта: Московская обл., г. Домодедово, трасса М4-Дон
Вид работ: Изготовление и монтаж системы внешней молниезащиты.
Комплектующие: производство фирмы J.Propster.
Состав комплекта: молниепримная сетка из проводника Rd8, 50 кв.мм, СГЦ; алюминиевые молниеприемные стержни Rd16 L=2000 мм; универсальные соединители Rd8-10/Rd8-10, СГЦ; промежуточные соединители Rd8-10/Rd16, Al; стеновые держатели Rd8-10, СГЦ; клеммы конечные, СГЦ; пластиковые держатели на плоской кровле с крышкой (с бетоном) для оцинкованного проводника Rd8; изолированные штанги d=16 L=500 мм.
Частный коттедж, Новорижское шоссе
Адрес объекта: Московская обл., Новорижское шоссе, коттеджный поселок
Вид работ: изготовление и монтаж системы внешней молниезащиты.
Комплектующие производства фирмы Dehn.
Спецификация: проводники Rd8 из оцинкованной стали, медные проводники Rd8, медные держатели Rd8-10 (в т.ч. коньковые), соединители универсальные Rd8-10 из оцинкованной стали, клемма-держатели Rd8-10 из меди и нержавеющей стали, медные фальцевые клемма Rd8-10, биметаллические промежуточные соединители Rd8-10/Rd8-10, лента и хомуты крепления ленты на водосток из меди.
Частный дом, Икша
Адрес объекта: Московская обл., поселок Икша
Вид работ: Проектирование и монтаж систем внешней молниезащиты, заземления и уравнивания потенциалов.
Комплектующие: B-S-Technic, Citel.
Внешняя молниезащита: молниеприемные стержни из меди, медный проводник общей длиной 250 м, кровельные и фасадные держатели, соединительные элементы.
Внутренняя молниезащита: Разрядник DUT250VG-300/G TNC, производство CITEL GmbH.
Заземление: стержни заземления из оцинкованной стали Rd20 12 шт. с наконечниками, стальная полоса Fl30 общей длиной 65 м, крестовые соединители.
Частный дом, Ярославское шоссе
Адрес объекта: Московская обл., Пушкинский район, Ярославкое шоссе, коттеджный поселок
Вид работ: Проектирование и монтаж системы внешней молниезащиты и заземления.
Комплектующие производства фирмы Dehn.
Состав комплекта молниезащиты сооружения: проводник Rd8, 50 кв.мм, медь; хомут Rd8-10 трубный; молниеприемные стержни Rd16 L=3000 мм, медь; стержни заземления Rd20 L=1500 мм, СГЦ; полоса Fl30 25х4 (50 м), оцинкованная сталь; разрядник DUT250VG-300/G TNC, CITEL GmbH.
Территория "Ногинск-Технопарк", производственно-складской корпус с офисно-бытовым блоком
Адрес объекта: Московская обл., Ногинский район.
Вид работ: производство и монтаж системы внешней молниезащиты и заземления.
Комплектующие: J. Propster.
Внешняя молниезащита: На плоской кровле защищаемого здания уложена молниеприемная сетка с шагом ячейки 10 х10 м. Зенитные фонари защищены посредством установки на них молниеприемных стержней длиной 2000 мм и диаметром 16 мм в количестве девяти штук.
Токоотводы: Проложены в «пироге» фасадов здания в количестве 16 штук. Для токоотводов использован проводник из оцинкованной стали в ПВХ-оболочке диаметром 10 мм.
Заземление: Выполнено в виде кольцевого контура c горизонтальным заземлителем в виде оцинкованной полосы 40х4 мм и глубинными стерженями заземления Rd20 длиной L 2х1500 мм.
Новости
Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение
«Средняя общеобразовательная школа № 4 г. Брянска
с углубленным изучением отдельных предметов»
Городская научно – практическая конференция
«Первые шаги в науку»
Грозовые явления
(статья по физике)
Выполнил:
ученик 8б класса
Нахабин Дмитрий
Руководитель
учитель физики
Брянск, 2012
Введение 3
Гроза – как природное явление 4
География гроз 4
Стадии развития грозового облака 5
Движение гроз 6
Электрическая структура грозового облака 7
Параметры молнии 8
Воздействие токов молнии 10
Заключение 13
Список используемой литературы 14
ВВЕДЕНИЕ
Исследование гроз связано, прежде всего, с обеспечением безопасности жизнедеятельности человека. С развитием человеческой цивилизации и технической оснащенности жизни человека, явления природы несут угрозу и для человека и для его искусственной среды. В том числе, это относится и к грозам. В первую очередь, грозы угрожают линиям электропередач.
Также известны поражения ударом молнии летательных аппаратов, что, в лучшем случае, приводило к выходу из строя системы навигации. Были зафиксированы случаи потери спутников во время их запуска.
Актуальность работы:
Грозы относятся к опасным природным явлениям с широким воздействием на деятельность человека и наносят значительный материальный ущерб различным отраслям хозяйства. Особенную опасность представляют
грозы для энергосистем и различных коммуникаций. Для отключений, отнесенных к грозовым, с помощью сети SUNYA обнаружены разряды в землю в пределах 16 км от линии и в пределах ± 1 мин от времени отключения. Такие разряды были зарегистрированы также для отключений по неизвестным причинам. Поэтому изучение грозовой деятельности является важным для обеспечения грозозащиты различных объектов и в первую очередь энергосистем.
Гроза - атмосферное явление, при котором внутри облаков или между облаком и земной поверхностью возникают электрические разряды - молнии, сопровождаемые громом. Как правило, гроза образуется в мощных кучево-дождевых облаках и связана с ливневым дождём, градом и шквальным усилением ветра.
Гроза относится к одним из самых опасных для человека природных явлений, по количеству зарегистрированных смертных случаев только наводнения приводят к большим людским потерям.
География гроз
Распределение грозовых разрядов по поверхности Земли.
Одновременно на Земле действует около полутора тысяч гроз, средняя интенсивность разрядов оценивается как 46 молний в секунду. По поверхности планеты грозы распределяются неравномерно. Над океаном гроз наблюдается приблизительно в десять раз меньше, чем над континентами. В тропической и субтропической зоне (от 30° северной широты до 30° южной широты) сосредоточено около 78 % всех молниевых разрядов. Максимум грозовой активности приходится на Центральную Африку. В полярных районах Арктики и Антарктики и над полюсами гроз практически не бывает. Интенсивность гроз следует за солнцем: максимум гроз приходится на лето (в средних широтах) и дневные послеполуденные часы. Минимум зарегистрированных гроз приходится на время перед восходом солнца. На грозы влияют также географические особенности местности: сильные грозовые центры находятся в горных районах Гималаев и Кордильер.
Стадии развития грозового облака
Стадии развития грозового облака.
Необходимыми условиями для возникновения грозового облака является наличие условий для развития конвекции или иного механизма, создающего восходящие потоки, запаса влаги, достаточного для образования осадков, и наличия структуры, в которой часть облачных частиц находится в жидком состоянии, а часть - в ледяном. Конвекция, приводящая к развитию гроз, возникает в следующих случаях:
· при неравномерном нагревании приземного слоя воздуха над различной подстилающей поверхностью. Например, над водной поверхностью и сушей из-за различий в температуре воды и почвы. Над крупными городами интенсивность конвекции значительно выше, чем в окрестностях города.
· при подъёме или вытеснении тёплого воздуха холодным на атмосферных фронтах. Атмосферная конвекция на атмосферных фронтах значительно интенсивнее и чаще, чем при внутримассовой конвекции. Часто фронтальная конвекция развивается одновременно со слоисто-дождевыми облаками и обложными осадками, что маскирует образующиеся кучево-дождевые облака.
· при подъёме воздуха в районах горных массивов. Даже небольшие возвышенности на местности приводят к усилению образования облаков (за счёт вынужденной конвекции). Высокие горы создают особенно сложные условия для развития конвекции и почти всегда увеличивают ее повторяемость и интенсивность.
Все грозовые облака, независимо от их типа, последовательно проходят стадии кучевого облака, стадию зрелого грозового облака и стадию распада.
Движение гроз
Скорость и движение грозового облака зависит от направления земли, прежде всего, взаимодействием восходящего и нисходящего потоков облака с несущими воздушными потоками в средних слоях атмосферы, в которых развивается гроза. Скорость перемещения изолированной грозы обычно порядка 20 км/час, но некоторые грозы двигаются гораздо быстрее. В экстремальных ситуациях грозовое облако может двигаться со скоростями 65 - 80 км/час - во время прохождения активных холодных фронтов. В большинстве гроз по мере рассеивания старых грозовых ячеек последовательно возникают новые грозовые ячейки.
При слабом ветре отдельная ячейка за время своей жизни может пройти совсем небольшой путь, меньше двух километров; однако в более крупных грозах новые ячейки запускаются нисходящим потоком, вытекающим из зрелой ячейки, что создаёт впечатление быстрого движения, не всегда совпадающего с направлением ветра. В больших многоячейковых грозах существует закономерность, когда новая ячейка формируется справа по направлению несущего воздушного потока в северном полушарии и слева от направления несущего потока в Южном полушарии.
Электрическая структура грозового облака
Структура зарядов в грозовых облаках в различных регионах.
Распределение и движение электрических зарядов внутри и вокруг грозового облака является сложным непрерывно меняющимся процессом. Тем не менее, можно представить обобщённую картину распределения электрических зарядов на стадии зрелости облака. Доминирует положительная дипольная структура, в которой положительный заряд находится в верхней части облака, а отрицательный заряд находится под ним внутри облака. В основании облака и под ним наблюдается нижний положительный заряд.
Атмосферные ионы, двигаясь под действием электрического поля, формируют на границах облака экранирующие слои, маскирующие электрическую структуру облака от внешнего наблюдателя. Измерения показывают, что в различных географических условиях основной отрицательный заряд грозового облака расположен на высотах с температурой окружающего воздуха от −5 до −17 °C.
Чем больше скорость восходящего потока в облаке, тем на большей высоте находится центр отрицательного заряда. Плотность объёмного заряда лежит в диапазоне 1-10 Кл/км. Существует заметная доля гроз с инверсной структурой зарядов: - отрицательным зарядом в верхней части облака и положительным зарядом во внутренней части облака, а также со сложной структурой с четырьмя и более зонами объёмных зарядов разной полярности.
Параметры молнии.
Основными параметрами, характеризующими ток молнии, являются максимальное значение импульса тока, крутизна фронта тока молнии, длительность фронта импульса и длительность полного импульса, которая равна времени уменьшения тока до половины максимального значения. Длительность импульса тока молнии в основном определяется временем распространения обратного разряда от земли до облака и составляет от 20 до 80-100 мкс. Наиболее часто встречающиеся в разрядах молнии длительности фронта импульса тока составляют 1,5-10 мкс. Средняя длительность импульса тока молнии близка к 50 мкс, что и определило выбор стандартного полного грозового импульса напряжения, применяемого для испытания электрической прочности изоляции оборудования, который возникает на изоляции при ударе молнии и который она должна выдерживать без повреждения.
Рис. 1. Форма стандартного грозового импульса напряжения
Для проведения испытаний изоляции грозовыми импульсами напряжения в одинаковых условиях по международным нормам и ГОСТ 1516.2-76 принят стандартный грозовой импульс напряжения, показанный на рис. 1, у которого для удобства обработки лабораторных осциллограмм действительный фронт заменяется эквивалентным косоугольным.
Для этого на фронте импульса на уровне 0,3 и 0,9 Umax отмечаются точки, через которые проводится прямая линия. Пересечение этой прямой с осью абсцисс и с горизонтальной прямой, проведенной на уровне Umаx, определяет длительность фронта импульса τф. Длительность импульса τи определяется, как показано на рис. 1.
Условно параметры стандартного полного грозового импульса напряжения обозначаются 1,2/50, это значит, что фронт импульса τф=1,2 мкс, а длительность импульса τи= = 50 мкс. Скорость нарастания тока на фронте импульса называется крутизной фронта и измеряется числом ампер в одну микросекунду.
В горных местностях амплитудные значения токов молнии снижаются примерно в 2 раза по сравнению с амплитудными значениями в равнинных местностях. Это объясняется уменьшением расстояния от земли до облаков. При меньших расстояниях молнии возникают при меньших скоплениях зарядов на облаках, что ведет к снижению амплитудных значений токов молнии. Следует иметь в виду, что грозовые разряды, имеющие токи большого значения, возникают очень редко: токи 100 кА и более составляют всего 2 % общего количества грозовых разрядов, а токи 150 кА и более - 0,5 %.
Вероятностное распределение амплитудных значений токов молнии показано на рис. 2, из которого видно, что 40 % всех разрядов имеют токи с амплитудными значениями меньше 20 кА.
Рис. 2. Кривая вероятностного распределения (в процентах) токов молнии
Воздействие токов молнии.
Токи молнии при прохождении через пораженные объекты оказывают на них электромагнитные, тепловые и механические воздействия. Проходя по проводникам, они выделяют количество тепла, которое способно расплавить проводник небольших сечений (телеграфные провода, плавкие предохранители). Ток молнии /м, кА, вызывающий нагревание проводника до температуры плавления или испарения, можно определить по формуле 
где k - коэффициент, значение которого составляет для меди 300-330, для алюминия 200-230, для железа 115- 438; q - сечение проводника, мм2; tи - длительность импульса тока, мкс.
Минимальное сечение проводника (токоотвода), обеспечивающее его целостность при прохождении тока молнии, обычно принимается равным 28 мм2. Стальной проводник с таким сечением всего за десятки микросекунд нагревается до нескольких сотен градусов при наибольших значениях тока молнии, но не расправляется. При соприкосновении канала молнии с металлом он может выплавляться на глубину 3-4 мм. Наблюдающиеся в эксплуатации случаи обрывов отдельных проволок у грозозащитных тросов на линиях электропередачи могут происходить от пережога их молнией в месте соприкосновения ее канала с тросом. Поэтому стальные молниеприемники, которые должны противостоять термическим воздействиям канала молнии, имеют большие, чем у токоотводов, сечения: 35 мм2 у грозозащитных тросов и не менее 100 мм2 у стержневых молниеотводов. При соприкосновении канала молнии с деревом, соломой, газообразной или жидкой горючей средой они могут воспламеняться и вызывать пожары.
Механические воздействия тока молнии проявляются в расщеплениях деревьев, в разрушении каменных и кирпичных строений и пр. Расщепление деревянных опор линий электропередачи происходит вследствие того, что ток молнии, проходя по волокнам древесины, вызывает в ней интенсивное паро - и газовыделение, которое создает высокое давление внутри древесины и разрывает ее.
При дожде расщепление древесины слабее, а без дождя сильнее. Это объясняется тем, что смоченная поверхность древесины имеет большую проводимость и ток молнии проходит преимущественно по поверхности и меньше повреждает древесину. При прохождении через щели и узкие отверстия токи молнии также создают значительные разрушающие усилия. Примером этого могут служить случаи разрушения молнией трубчатых разрядников на линиях электропередачи. После прохождения токов молнии в диэлектриках (каменные, кирпичные постройки) между остающимися зарядами возникают электростатические силы, имеющие ударный характер, которые приведут к разрушению каменных и кирпичных построек. В стадии главного разряда ток молнии посредством возникшего электромагнитного поля индуцирует напряжение на проводах и проводящих конструкциях электроустановок вблизи места удара, а, проходя через заземленные объекты, создает падения напряжения, которые достигают сотен и даже тысяч киловольт. Грозовые разряды происходят как между облаком и землей, так и между облаками. Разряды, происходящие между облаками, не представляют опасности для электроустановок. Разряды, поражающие землю, опасны для людей, животных, а также наземных сооружений.
Заключение
Интенсивность грозовой деятельности в различных местах нашей планеты сильно различается. Наиболее слабая грозовая деятельность в северных районах нашей страны и постепенно увеличивается к югу.
Интенсивность грозовой деятельности в настоящее время характеризуется количеством дней с грозами в году. Средняя продолжительность гроз за один грозовой день для территории Советского Союза составляет 1,5-2 ч.
Интенсивность грозовой деятельности для любого района Советского Союза определяется по картам грозовой деятельности, составленным на основании многолетних наблюдений метеорологических станций (рис. 3).
Рис. 3 . Карта грозовой деятельности на территории Советского Союза (среднегодовая продолжительность гроз в часах). Считается, что в районах с 30 грозовыми часами в год на 1 км2 земной поверхности в среднем происходит в два года один удар молнии. В земную поверхность ежесекундно происходит приблизительно 100 ударов молнии.
Список используемой литературы
1. Имянитов самолетов в облаках и осадках.-Л. .Тидрометеоиздат, 1971,211 с.
2. Fitgerald D. R. Probable aircraft trigerring of lightning certain thunderstorms.- Monthly Weather Rev., 1967, vol. 95,№12, p. 835-842.
3. Greedon J. The last 1000 feet.- Airospace Safety, 1966, vol. 22, №33,p.6-7.
4. Gobb W. E., Holitza F. J. A note on lightning strikes to aircraft. Monthly Weather Rev., 1968, vol. 96, №11, p. 807-808.
5. Brook M., Holmes C. R., Moore C. B. Lightning and rockets: some implications of the Apolo 12 lightning events.- Nav. Res., 1970, vol. 23, № 4,p. 177.
6. Камалдина самолетов в не грозовых зонах// Тр. ГГО, 1974, вып. 301, с. 134-141.
7. Имянитов И. М., Чубарина условий поражения самолета атмосферно-электрическим разрядом вне кучево - дождевого облака// Тр. ГГО, 1980, вып. 424, с.3-15.
8. Имянитов И. М., О возможности воздействия на электрические процессы в облаках,- В сб.: Исследования по физике облаков и активным воздействиям на погоду.- М.: Тидрометеоиздат, 1967.
9. Гайворонский И. И. и др. Искусственное воздействие на облака с целью уменьшения их грозовой активности.- Тр. Международнойконференции по активным воздействиям на метеорологические процессы, Женева , 1975, с.267-274.
10. Kaasemir H. W., Weickmann Н. К. Modification of the electric field thunderstorms.- Jn. Proc. Intern. Conf. Cloud. Phys., Tokio, 1965, p.519-523.
11. Weickmann H. K. The program on weather modification of the ESSA.-Augmentation of continuous rain and lightning suppression.- Jdojaras, 1968, vol. 72, № 4, p. 219-112.
12. Красногорская H. B. Атмосферно-электрические исследования в связи с проблемой искусственного воздействия на облака и туманы.-Исследования по физике облаков и активным воздействиям на погоду., М.: Гидрометеоиздат, 1967, с.41-49.
13. Имянитов И. М., Чуваев исследования электрических процессов в грозовых облаках.- Исследования облаков, осадков и грозового электричества. JI.: Гидрометеоиздат, 1957, с.13-16.
14. Зимин развития грозовой активности конвективных облаков при воздействиильдообразующими реагентами.- Тр. ЦАО, 1978, вып. 136.
15. Качурин основы воздействия на атмосферные процессы. - Л,- Гидрометеоиздат, 1978, с.455.
16. Никандров В. Н., Шишкин исследований по проблеме «Предотвращение грозы»,- Труды ГГО, 1977, вып. 389, с.3-8.
Молния - гигантский электрический разряд в атмосфере. Молния возникает в результате накопления электрических зарядов в грозовом облаке. Она сопровождается ярким свечением причудливо искривленного канала, ударной волной, распространяющейся в окружающем воздухе, переходящей на некотором расстоянии в звуковую. Акустическое проявление молнии называют громом.
Молния представляет собой грозное природное явление, приносящее ущерб человеку и его имуществу. Этот ущерб связан с непосредственным поражением людей и животных, пожарами в жилых и производственных помещениях, взрывами опасных объектов, возникновением лесных пожаров, генерированием мощного электромагнитного импульса и т.д. Электромагнитный импульс молнии создает проблемы электромагнитной совместимости.
На Земле одновременно существуют примерно 2000-3000 грозовых очагов и каждую секунду ее поверхность поражают 100-200 ударов.
По поверхности земного шара грозы распределяются неравномерно. Частота их образования зависит от времени года, времени суток, рельефа местности. Над сушей гроз примерно в 10 раз больше, чем над океанами. В вечерние и ночные часы гроз больше, чем днем. В средних широтах северного полушария грозы в основном бывают с мая по сентябрь. Этот период называют грозовым сезоном. Зимой грозы возникают сравнительно редко.
В средних широтах землю поражают 30-40 % общего числа молний, остальные 60 70 % составляют разряды между облаками или между разноименно заряженными частями облаков В экваториальных широтах изотерма 0 С С располагается выше, чем в средних широтах. Соответственно выше и области концентрации зарядов в облаках, поэтому разряды в землю составляют еще меньшую часть.
Интенсивность грозовой деятельности в какой-либо местности характеризуется средним числом грозовых часов в году . Число грозовых часов минимально в высоких широтах и постепенно увеличивается к экватору, где повышенная влажность воздуха и высокая температура, способствующие образованию грозовых облаков, наблюдаются практически в течение всего года
В некоторых районах (Армения, Краснодарский кран, Донбасс, Карпаты) годовое число грозовых часов достигает 100 и более,
В ряде стран пользуются другой, менее удобной характеристикой грозовой деятельности: годовым числом грозовых дней (а не часов) По данным Всемирной метеорологической организации в Центральной Африке наблюдается до 180 грозовых дней в году, в Малайзии, Перу, на Мадагаскаре - до 140 дней, в Бразилии, Центральной Америке - 100-120 дней.
Для практических задач молниезащиты наземных сооружений важна удельная плотность ударов молнии в землю , т.е. годовое число ударов в 1 км 2 земной поверхности. В пределах годовой продолжительности гроз до ч удельная плотность ударов молнии в землю практически прямо пропорциональна Это дало возможность принять в России наряду с удельной плотностью ударов молнии другую характеристику грозовой деятельности: среднее число ударов молнии в 1 км 2 поверхности земли за 100 грозовых часов.
Рис. 9.1. Зависимость удельного числа ударов молнии в 1 км 2 площади Земли от числа грозовых дней в году (штриховыми линиями ограничена область разбросов по данным наблюдений)
Если интенсивность грозовой деятельности выражена годовым числом грозовых дней , то удельная плотность разрядовв 1 км 2 поверхности за число грозовых часов в году можно оценить по рис. 9.1. Однако следует иметь в виду, что при одном и том же значении удельная плотность ударов молнии в землю подвержена значительным разбросам вследствие влияния рельефа местности и климатических условии.
Для территории нашей страны . Чем больше число грозовых дней в году, тем продолжительнее грозы. Из этого следует, что зависимость нелинейна, и поэтому нельзя характеризовать грозовую деятельность просто числом ударов молнии в 1 км 2 поверхности земли за 100 грозовых часов.
Возвышающиеся над поверхностью земли объекты вследствие развития с них встречных лидеров собирают удары молнии с площади, превышающей занимаемую территорию. Однако, приняв , можно оценить число ударов молнии за 100 грозовых часов в сооружение длинойА , шириной В и высотой Н (размеры в метрах) по формуле
Филиал МБОУ «Первомайская средняя общеобразовательная
школа» в с.Новоархангельское
Грозовые разряды
Опасные факторы
грозовых разрядов
Выполнили:
ученики 7 жкласса
Печейкин Максим,
Брыксин Кирилл
Редко кто из людей не испытывает чувство тревоги, трепета перед грозой,
и особенно во время сильной грозы.
Гроза - опасное атмосферное явление, связанное с развитием мощных кучево - дождевых облаков, сопровождающихся многократными электрическими разрядами между облаками и земной поверхностью, звуковыми явлениями, сильными осадками, нередко с градом.
Название «гроза» связано с грозностью этого природного явления и большой опасностью. В древности люди, не понимая природы грозы, но видя гибель людей и возникающие при грозе пожары, связывали это явление с гневом богов, божьей карой за грехи.
Гроза - это исключительно красивое природное явление, вызывающее у человека восхищение его мощью и красотой. Для грозы характерен сильный ветер, часто интенсивный дождь (снег), иногда с градом. Перед грозой (за час-два до грозы) атмосферное давление быстро падает вплоть до внезапного усиления ветра, а затем начинает повышаться. Как правило, после грозы улучшается погода, воздух прозрачен, свеж и чист, насыщен ионами, образующимися при разрядах молнии. Многие писатели, поэты, художники выразили в своих произведениях чувства любви и восхищения грозой. Вспомните замечательного русского поэта Ф.И. Тютчева:
Люблю грозу в начале мая,
Когда весенний, первый гром,
Как бы резвяся и играя,
Грохочет в небе голубом.
Грозы бывают: местные, фронтальные, ночные, в горах.
Чаще всего случаются местные (тепловые) грозы. Эти грозы бывают только в жаркое время при большой влажности атмосферного воздуха. Как правило, они бывают летом в полуденное или послеполуденное время (12-16 часов). Механизм образования электрических зарядов в облаках следующий. Водяной пар в восходящем потоке теплого воздуха на высоте конденсируется, при этом выделяется много тепла (известно, что если процесс испарения требует затрат энергии, то процесс конденсации сопровождается выделением тепловой энергии; это объясняется различием во внутренней энергии вещества в жидком и газообразном состояниях) и восходящие потоки воздуха подогреваются. По сравнению с окружающим восходящий воздух теплее, он увеличивается в объеме, пока не превратится в грозовое облако. В больших по размеру грозовых облаках постоянно витают кристаллики льда и капельки воды, которые под воздействием восходящего потока сталкиваются, дробятся или сливаются. В результате их трения между собой и о воздух и дробления образуются положительные и отрицательные заряды. Они разделяются и концентрируются в различных частях облака. Как правило, в верхней части облака накапливаются положительные заряды, а в нижней (ближней к земле) - отрицательные. В результате возникают отрицательные разряды молнии, Реже может иметь место обратная картина образования положительных молний. Под действием зарядов возникает сильное электростатическое поле (напряженность электростатического поля может достигать 100000 В/м), и разница потенциалов между отдельными частями облака, облаками или облаком и землей достигает громадных величин. Напряжение между облаком и землей может достигнуть 80×106 - 100×106В.
При достижении критической напряженности электрического воздуха возникает лавинообразная ионизация воздуха - искровой разряд молнии.
Фронтальная гроза возникает, когда массы холодного воздуха проникают в район, где преобладает теплая погода. Холодный воздух вытесняет теплый, при этом последний поднимается на высоту 5--7 км. Теплые слои воздуха вторгаются внутрь вихрей различной направленности, образуется шквал, сильное трение между слоями воздуха, что способствует накоплению электрических зарядов. Длина фронтальной грозы может достигать 100 км. В отличие от местных гроз после фронтальных обычно холодает. Фронтальная гроза возникает чаще летом, но в отличие от местных гроз, возникающих только в жаркие летние дни, может быть и в другие времена года, даже зимнее.
Ночная гроза связана с охлаждением земли ночью и образованием вихревых потоков восходящего воздуха.
Гроза в горах объясняется разницей величины солнечной радиации, воздействию которой подвергаются южные и северные склоны гор. Ночные и горные грозы непродолжительные. На Земле в год происходит 16 миллионов гроз.
Грозовая активность в различных районах нашей планеты различна. Мировые очаги гроз :
остров Ява - 220, Экваториальная Африка - 150, Южная Мексика - 142, Панама - 132, Центральная Бразилия - 106 грозовых дней в году.
Грозовая активность в России:
Мурманск - 5, Архангельск – 10 Санкт-Петербург - 15, Москва - 20 грозовых дней в году. Как правило, чем южнее (ДЛЯ северного полушария Земли) и севернее (ДЛЯ южного полушария Земли), тем выше грозовая активность. Грозы в Арктике и Антарктике очень редки.
Виды молний и причины их возникновения
Сочетание молнии и грома называют грозой.
Знаниями о природе молнии, ее опасности и способах защиты должен владеть каждый человек.
Молния - это искровой разряд статического электричества, аккумулированного в грозовых облаках. В отличие от зарядов, образующихся на производстве и в быту, электрические заряды, накапливаемые в облаках, несоизмеримо больше. Поэтому энергия искрового разряда (молнии) и возникающие при этом токи очень велики и представляют серьезную опасность для человека, животных, строений. Молния сопровождается звуковым импульсом - громом.
На каждый квадратный километр поверхности Земли приходится 2-3 удара молнии в год. В землю чаще всего ударяют молнии из отрицательно заряженных облаков.
По виду молнии разделяются на линейные, жемчужные и шаровые. Жемчужные и шаровые молнии - довольно редкое явление.
Распространенная линейная молния, с которой многократно встречается любой человек, имеет вид извилистой разветвляющейся линии. Вели-
чина силы тока в канале линейной молнии составляет в среднем 60-170x 1 03 ампер, зарегистрирована молния с током 290х 1 03 ампер. Средняя молния несет энергию 250 кВт/ч (900 МДж), имеются данные о мощности 2800 кВт/ч (10000 МДж). Энергия молнии в основном реализуется в виде световой, тепловой и звуковой энергий.
Разряд развивается за несколько тысячных долей секунды, при столь высоких токах воздух в зоне канала молнии практически мгновенно разогревается до температуры 33 000 о с. В результате резко повышается давление, воздух расширяется, возникает ударная волна, сопровождающаяся звуковым импульсом - громом. Поскольку путь молнии очень извилист, звуковые волны возникают в различных точках и проходят различные расстояния, появляются звуки различной силы и высоты - громовые раскаты. Звуковые волны претерпевают неоднократные отражения от облаков, земли, что вызывает продолжительное громыхание. Гром не опасен для человека и оказывает на него лишь психологическое воздействие.
Перед грозой и во время нее изредка в темное время на вершинах высоких, заостренных объектов (макушках деревьев, мачтах кораблей, вершинах острых скал в горах, крестах церквей, молниеотводах, иногда в горах на людях и животных голове, поднятой руке) можно наблюдать свечение, получившее название «Огни святого Эльма». Это название дано в древности моряками, наблюдавшими свечение на вершинах мачт парусников. Свечение «Огни Эльма» возникает из-за того, что на высоких заостренных предметах напряженность электрического поля, создаваемого статическим электрическим зарядом облака, особенно высока. В результате начинается ионизация воздуха, возникает тлеющий разряд и появляются красноватые языки свечения, временами укорачивающиеся и опять удлиняющиеся. Не следует пытаться тушить эти огни, так как горения нет. При высокой напряженности электрического поля может появиться пучок светящихся нитей. - коронный разряд, который иногда сопровождается шипением. «Огни Эльма » могут появляться и без наличия грозовых облаков - чаще в горах при снежных метелях и пыльных бурях. Альпинисты довольно часто встречаются с «Огнями Эльма».
Линейная молния также изредка возникает и при отсутствии грозовых облаков. Не случайно возникла поговорка -
«Гром среди ясного неба».
Жемчужная молння - очень редкое и красивое явление. Появляется сразу после линейной молнии и исчезает постепенно. Преимущественно разряд жемчужной молнии следует по пути линейной. Молния имеет вид светящихся шаров, расположенных на расстоянии 7-12 м друг от друга, напоминает жемчуг, нанизанный на нитку. Жемчужная молния может сопровождаться значительными звуковыми эффектами.
Шаровая молния также довольно редка. На тысячу обычных линейных молний приходится 2-3 шаровых. Шаровая молния, как правило, появляется во время грозы, чаще к ее концу, реже после грозы. Возникает также, но очень редко, при полном отсутствии грозовых явлений. Может иметь форму шара, эллипсоида, груши, диска и даже цепи соединенных шаров. Цвет молнии красный, желтый, оранжево-красный, окружена светящейся пеленой. Иногда молния ослепительно белая с очень резкими очертаниями. Цвет определяется содержанием различных веществ в воздухе. Форма и цвет молнии могут меняться во время разряда. Природа шаровой молнии и причины ее возникновения неясны. Имеются различные гипотезы о природе шаровой молнии. Например, академик Я.И. Френкель создал теорию, в соответствии с которой шаровая молния раскаленный газовый шар, возникающий в результате обычной линейной молнии и состоящий из химически активных газов - преимущественно окиси азота и одноатомного азота. Академик П.И. Капица считает, что шаровая молния - это сгусток плазмы в относительно устойчивом состоянии. Имеются и другие гипотезы, но ни одна из них не может объяснить всех эффектов, связанных с шаровой молнией. Измерить параметры шаровой молнии и смоделировать ее в лабораторных условиях не удалось. По всей видимости, многие наблюдаемые неопознанные летающие объекты (НЛО) по своей природе аналогичны или близки шаровой молнии.
