Творча робота з фізики
на тему: Електричні явища в природі: блискавка
Фізичні властивості блискавки
Середня довжина блискавки 2,5 км, деякі розряди тягнуться в атмосфері на відстань до 20 км.
Найбільш часто блискавка виникає в купчасто-дощових хмарах, тоді вони називаються грозовими; іноді блискавка утворюється в шарувато-дощових хмарах, а також при вулканічних виверженнях, торнадо і пилових бурях.
Зазвичай спостерігаються лінійні блискавки, які відносяться до так званим безелектродним розрядами, так як вони починаються (і закінчуються) в скупченнях заряджених частинок. Це визначає їх деякі до цих пір не пояснені властивості, що відрізняють блискавки від розрядів між електродами. Так, блискавки не бувають коротше декількох сотень метрів; вони виникають в електричних полях значно слабкіших, ніж поля при міжелектродних розрядах; збір зарядів, які переносяться блискавкою, відбувається за тисячні частки секунди з мільярдів дрібних, добре ізольованих один від одного частинок, розташованих в об'ємі декілька км. Найбільш вивчений процес розвитку блискавки в грозових хмарах, при цьому блискавки можуть проходити в самих хмарах внутріоблачние блискавки, а можуть ударяти в землю наземні блискавки. Для виникнення блискавки необхідно, щоб у відносно малому (але не менше деякого критичного) об'ємі хмари утворилося електричне поле з напруженістю, достатньою для початку електричного розряду (
1 МВ / м), а в значній частині хмари існувало б поле з середньою напруженістю, достатньою для підтримки розпочатого розряду (
0,1-0,2 МВ / м). В блискавки електрична енергія хмари перетворюється в теплову і світлову.
Процес розвитку наземної блискавки складається з декількох стадій. На першій стадії, в зоні, де електричне поле досягає критичного значення, починається ударна іонізація, що створюється спочатку вільними електронами, завжди наявними в невеликій кількості в повітрі, які під дією електричного поля набувають значні швидкості у напрямку до землі і, стикаючись з молекулами, складовими повітря, іонізують їх. За більш сучасними уявленнями, розряд ініціюють високоенергетичні космічні промені, які запускають процес, який отримав назву пробою на тікають електронах. Таким чином, виникає електронна лавина, що переходять в нитки електричних розрядів стримери, що представляють собою добре провідні канали, які, зливаючись, дають початок яскравому термоіонізованному каналу з високою провідністю ступенчатому лідеру блискавки.
Рух лідера до земної поверхні відбувається ступенями в кілька десятків метрів зі швидкістю
У міру просування лідера до землі напруженість поля на його кінці посилюється і під його дією з виступаючих на поверхні Землі предметів викидається у відповідь стример, що з'єднується з лідером. Ця особливість блискавки використовується для створення громовідводу.
У заключній стадії по іонізованому лідером каналу відбувається зворотний (від низу до верху), або головний, розряд блискавки, що характеризується струмами від десятків до сотень тисяч ампер, яскравістю, що помітно перевищує яскравість лідера, і великою швидкістю просування, що спочатку доходить до
100000 кілометрів в секунду, а в кінці зменшується до
10000 кілометрів в секунду. Температура каналу при головному розряді може перевищувати 25 000 C. Довжина каналу блискавки може бути від 1 до 10 км, діаметр кілька сантиметрів. Після проходження імпульсу струму іонізація каналу і його свічення слабшають. У фінальній стадії струм блискавки може тривати соті і навіть десяті частки секунди, досягаючи сотень і тисяч ампер. Такі блискавки називають затяжними, вони найчастіше викликають пожежі.
Головний розряд розряджає нерідко тільки частина хмари. Заряди, розташовані на великих висотах, можуть дати початок новому (стріловидному) лідеру, який рухається безперервно зі швидкістю в тисячі кілометрів на секунду. Яскравість його свічення близька до яскравості ступеневої лідера. Коли стріловидний лідер доходить до поверхні землі, слід другий головний удар, подібний до першого. Зазвичай блискавка включає декілька повторних розрядів, але їх число може доходити і до декількох десятків. Тривалість багаторазової блискавки може перевищувати 1 сек. Зсув каналу багаторазової блискавки вітром створює так звану