Метеорологические явления. Гроза, молния, град

Харьковский национальный университет строительства и архитектуры

Министерством образования и науки Украины

 

 

 

Реферат

 на тему:

 Метеорологические явления. Гроза, молния, град.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Выполила : студенка  группы Э -11

Кашина Натилия

 

 

Харьков 2014

Содержание

1. Грозы
2. Молнии
3. Молнии и електроустановки
4. Молния и авиация
5. Молния и корабли
6. Деятельность человека, вызывающая молнию
7. Град.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ГРОЗЫ И МОЛНИИ

Земля — планета гроз

Ежегодно на нашей планете бушует 16 миллионов гроз, а каждую секунду в атмосфере вспыхивают около 100 разрядов молний.

Такая вроде бы нам всем известная, гроза имеет своё непростое строение и проходит несколько стадий развития. Она начинается, быстро усиливается, затем так же быстро прекращается. Каждая стадия сопровождается своими особыми явлениями.

Первая, называемая стадией кучевого облака, отмечается единичным восходящим потоком воздуха, начинающимся от земной поверхности. На этой стадии облако развивается по вертикали, то есть высота его увеличивается. К концу первой стадии у земной поверхности развивается целая система ветров, которые сходятся к центру области пониженного давления. Дождь пока не выпадает, но на высотах уже начинает собираться пар, а значит выделяется, пока незаметно, теплота.

Вторая стадия развития грозы, называемая зрелой, отмечена осадками, выпадающими на землю. На высотах появляются ледяные кристаллики, особенно в обширных грозовых очагах. Вершина грозового облака может подняться до высоты 22,5 километра. В некоторых случаях сильные вихри, развивающиеся во время этой стадии, могут превращаться в смерчи. В это время очаг грозы пронизывают сильные ветры, идущие вверх и вниз. Постепенно кучево-дождевые облака приобретают вид высоких башен, нередко наблюдаются молния и гром.

В третьей, последней, стадии грозы, называемой стадией разрушения, во всей её области развивается движение воздуха вниз. Оно и приводит к окончательному прекращению грозовой деятельности. Осадки тоже вскоре ослабевают и, наконец, совсем прекращаются. Поскольку новый пар в грозовое облако более не поступает, облако начинает таять. Гроза заканчивается.

Откуда берётся гром?

Гром — это звуковой эффект молнии. Она мгновенно нагревает воздух на своём пути, а тот, расширяясь, и даёт хлопок, словно пороховые газы, вырывавшиеся из ствола оружия.

Когда удалось измерить температуру в канале молнии, оказалось, что она достигает 25–27 тысяч градусов. И чуть ли не три четверти энергии грозового разряда расходуется именно на нагревание воздуха в канале молнии. Понятно, что воздух, температура которого за несколько десятимиллионных долей секунды поднимается до тысяч градусов, расширяется столь сильно, что процесс этот становится сравнимым со взрывом.

Есть ли польза от гроз?

Разряды из облака обычно кончаются довольно мирно. Падая в землю, они даже приносят известную пользу сельскому хозяйству, превращая азот воздуха в его окислы, которые затем усваивают растения, давая прирост урожая.

Каким объектам угрожают молнии?

Молния, попавшая в американский космический корабль «Аполлон-12» при старте, чуть было не привела к катастрофе. Часть оборудования вышла из строя, и кто знает, чем бы всё это кончилось, если бы не мужество и самообладание экипажа, а также хитроумие наземных экспертов, сумевших найти выход из, казалось бы, безвыходного положения.

Космические корабли-«челноки» имеют защиту от разрядов молний на стартовой площадке или на этапе подъёма. Но защищена лишь «спина» «челнока», «брюхо» же прикрыто громадным металлическим топливным баком. После сброса бака челнок остаётся без молниевой защиты снизу. «Колумбия» была на высоте 60–70 километров, когда видеокамера зафиксировала подобный разряд, как раз пришедшийся на незащищённую часть корпуса.

Сам по себе разряд мог и не причинить повреждений, от которых «челнок» развалился на части, но на этапе снижения его вели автоматы, а мощный токовый импульс с большой вероятностью мог вызвать сбой в работе электроники. Изменение крутизны траектории снижения даже на градус, как известно, тут же приводит к мгновенному перегреву обшивки корпуса со всеми вытекающими отсюда последствиями. Если к тому же часть её была повреждена, то неизбежен трагический итог, поскольку на траектории снижения в верхней атмосфере экипаж не может вмешаться в управление кораблём.

Молнии попадают и в самолёты, теле- и радиовышки, подстанции электросетей и опоры линий электропередач.

Национальная сеть обнаружения молний (США) в летний грозовой период регистрирует до 26 500 разрядов в час, то есть около 7 в секунду.

Существует подобная система и в нашей стране. Например, с первого дня работы знаменитой телебашни в Останкине пришлось думать о защите расположенного на ней оборудования и самой башни. Ведь за год молния бьёт в полукилометрового исполина до трёх десятков раз. И всякий раз в высотную гидрометеорологическую обсерваторию башни поступает штормовое предупреждение: «Готовьтесь, в ближайшие 2–3 часа в Останкине будет гроза…»

После такого предупреждения прерываются все работы на внешних объектах — антеннах, открытых площадках и др. Этого требует техника безопасности. Зато начинает работать специальная система, разработанная сотрудниками Научно-исследовательского энергетического института имени Г. М. Кржижановского. В нескольких пунктах по соседству с башней установлена фоторегистрирующая и измерительная аппаратура. Приборы позволяют мгновенно определить точку попадания молнии в башню.

Необычный эффект обычной молнии

Молнии могут достигать нескольких километров в длину. Их температура порой доходит до 30 тысяч градусов, в пять раз превышая температуру поверхности Солнца. Вроде бы их природа хорошо изучена, но порой молнии проявляют себя совершенно необъяснимо. Например, у пострадавшего от молнии человека нередко просыпаются необычайные способности, как это якобы случилось у знаменитой болгарской прорицательницы Ванги.

Несколько лет назад молния ударила престарелого американца недалеко от его дома. Изумлению приехавших на место происшествия врачей не было предела, когда они увидели, что этого человека, много лет назад поражённого слепотой и глухотой, молния мгновенно излечила!

В Южном Иллинойсе (США) женщина, которую во время сна ударила молния, стала ясновидящей. Теперь она состоит в штате полиции и помогает отыскивать пропавших людей.

Мо́лния — гигантский электрический искровой разряд в атмосфере, обычно может происходить во время грозы, проявляющийся яркой вспышкой света и сопровождающим её громом. Молнии также были зафиксированы на Венере, Юпитере, Сатурне и Уране и др. Ток в разряде молнии достигает 10—300 тысяч ампер, напряжение — от десятков миллионов до миллиарда вольт.

Физические свойства молнии:Средняя длина молнии 2,5 км, некоторые разряды простираются в атмосфере на расстояние до 20 км.

 

 

Наиболее часто молния возникает в кучево-дождевых облаках, тогда они называются грозовыми; иногда молния образуется в слоисто-дождевых облаках, а также при вулканических извержениях, торнадо и пылевых бурях.

Обычно наблюдаются линейные молнии, которые относятся к так называемым безэлектродным разрядам, так как они начинаются (и заканчиваются) в скоплениях заряженных частиц. Это определяет их некоторые до сих пор не объяснённые свойства, отличающие молнии от разрядов между электродами. Так, молнии не бывают короче нескольких сотен метров; они возникают в электрических полях значительно более слабых, чем поля при межэлектродных разрядах; сбор зарядов, переносимых молнией, происходит за тысячные доли секунды с миллиардов мелких, хорошо изолированных друг от друга частиц, расположенных в объёме нескольких км³. Наиболее изучен процесс развития молнии в грозовых облаках, при этом молнии могут проходить в самих облаках — внутриоблачные молнии, а могут ударять в землю — наземные молнии. Для возникновения молнии необходимо, чтобы в относительно малом (но не меньше некоторого критического) объёме облака образовалось электрическое поле (см. атмосферное электричество) с напряжённостью, достаточной для начала электрического разряда (~ 1 МВ/м), а в значительной части облака существовало бы поле со средней напряжённостью, достаточной для поддержания начавшегося разряда (~ 0,1—0,2 МВ/м). В молнии электрическая энергия облака превращается в тепловую, световую и звуковую.

Молнии — серьёзная угроза для жизни людей. Поражение человека или животного молнией часто происходит на открытых пространствах, так как электрический ток идёт по кратчайшему пути «грозовое облако-земля». Часто молния попадает в деревья и трансформаторные установки на железной дороге, вызывая их возгорание. Поражение обычной линейной молнией внутри здания невозможно, однако бытует мнение, что так называемая шаровая молния может проникать через щели и открытые окна. Обычный грозовой разряд опасен для телевизионных и радиоантенн, расположенных на крышах высотных зданий, а также для сетевого оборудования.

 

В организме пострадавших отмечаются такие же патологические изменения, как при поражении электротоком. Жертва теряет сознание, падает, могут отмечаться судороги, часто останавливается дыхание и сердцебиение. На теле обычно можно обнаружить «метки тока», места входа и выхода электричества. В случае смертельного исхода причиной прекращения основных жизненных функций является внезапная остановка дыхания и сердцебиения, от прямого действия молнии на дыхательный и сосудодвигательный центры продолговатого мозга. На коже часто остаются так называемые знаки молнии, древовидные светло-розовые или красные полосы, исчезающие при надавливании пальцами (сохраняются в течение 1 — 2 суток после смерти). Они — результат расширения капилляров в зоне контакта молнии с телом.

Пострадавший от удара молнией нуждается в госпитализации, так как подвержен риску расстройств электрической активности сердца. До приезда квалифицированного медика ему может быть оказана первая помощь. В случае остановки дыхания показано проведение реанимации, в более легких случаях - помощь зависит от состояния и симптомов.

Молния и электроустановки

Разряды молний представляют большую опасность для электрического и электронного оборудования. При прямом попадании молнии в провода в линии возникает перенапряжение, вызывающее разрушение изоляции электрооборудования, а большие токи обуславливают термические повреждения проводников. В связи с этим пожары на сложном технологическом оборудовании могут возникать не мгновенно, а в период до восьми часов после попадания молнии. Для защиты от грозовых перенапряжений электрические подстанции и распределительные сети оборудуются различными видами защитного оборудования такими как разрядники, нелинейные ограничители перенапряжения, длинноискровые разрядники. Для защиты от прямого попадания молнии используются молниеотводы и грозозащитные тросы. Для электронных устройств представляет опасность также и электромагнитный импульс, создаваемый молнией.

Молния и авиация

Атмосферное электричество вообще и молнии в частности представляют значительную угрозу для авиации. Попадание молнии в летательный аппарат вызывает растекание тока большой величины по его конструкционным элементам, что может вызвать их разрушение, пожар в топливных баках, отказы оборудования, гибель людей. Для снижения риска металлические элементы наружной обшивки летательных аппаратов тщательно электрически соединяются друг с другом, а неметаллические элементы металлизируются. Таким образом, обеспечивается низкое электрическое сопротивление корпуса. Для стекания тока молнии и другого атмосферного электричества с корпуса летательные аппараты оборудуются разрядниками.

Ввиду того, что электрическая емкость самолёта, находящегося в воздухе невелика, разряд «облако-самолёт» обладает существенно меньшей энергией по сравнению с разрядом «облако-земля». Наиболее опасна молния для низколетящего самолёта или вертолёта, так как в этом случае летательный аппарат может сыграть роль проводника тока молнии из облака в землю. Известно, что самолёты на больших высотах сравнительно часто поражаются молнией и тем не менее, случаи катастроф по этой причине единичны. В то же время известно очень много случаев поражения самолётов молнией на взлете и посадке, а также на стоянке, которые закончились катастрофами или уничтожением летательного аппарата.

Молния и корабли

Молния также представляет очень большую угрозу для надводных кораблей в виду того, что последние приподняты над поверхностью моря и имеют много острых элементов (мачты, антенны), являющихся концентраторами напряженности электрического поля. Во времена деревянных парусников, обладающих высоким удельным сопротивлением корпуса, удар молнии практически всегда заканчивался для корабля трагически: корабль сгорал или разрушался, от поражения электрическим током гибли люди. Клёпаные стальные суда также были уязвимы для молнии. Высокое удельное сопротивление заклёпочных швов вызывало значительное локальное тепловыделение, что приводило к возникновению электрической дуги, пожарам, разрушению заклёпок и появлению водотечности корпуса.

Сварной корпус современных судов обладает низким удельным сопротивлением и обеспечивает безопасное растекание тока молнии. Выступающие элементы надстройки современных судов надежно электрически соединяются с корпусом и также обеспечивают безопасное растекание тока молнии.

Деятельность человека, вызывающая молнию

При мощных наземных ядерных взрывах недалеко от эпицентра под действием электромагнитного импульса могут появиться молнии. Только в отличие от грозовых разрядов эти молнии начинаются от земли и уходят вверх.

Град

Град — особого рода ледяные образования, выпадающие иногда из атмосферы и причисляемые к атмосферным осадкам, иначе гидрометеорам. Как правило, представляют собой частицы льда преимущественно округлой формы.

Град наносит большой ущерб сельскому хозяйству, уничтожает посевы и виноградники. Борьба с градом основана на введении в градоопасное облако специального реагента (обычно йодистого свинца или йодистого серебра), способствующего замораживанию переохлаждённых капель. Реагент вводится с помощью ракет или снарядов в переохлаждённую часть облака. В результате появляется огромное количество искусственных центров кристаллизации, на которых начинается рост ледяных кристаллов, и переохлаждённая вода в облаках, служащая основным сырьём для роста градин, перераспределяется на значительно большее их число. Поэтому градины получаются меньших размеров и успевают полностью или в значительной степени растаять в тёплых слоях воздуха ещё до выпадения на землю