Изучение атмосферных электрических явлений

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Реферат

 

  на тему:

 

Изучение  атмосферных электрических явлений

 

 

 

 

 

 

 

 

Наиболее яркое электрическое  атмосферное явление — гроза. На земном шаре одновременно происходит до 1800 гроз. В умеренных широтах грозы в среднем бывают 10–15 раз в год, у экватора на суше от 80 до 160 дней в году грозовые, над океаном грозы случаются реже, а в Арктике — одна в несколько лет.

Грозы обычно возникают  в тот момент, когда происходит перемещение холодных воздушных масс, вытесняющих теплые. Начинается гроза с воздушного столба, образующего высокое белое облако, которое быстро набухает, Грозовые облака имеют огромные размеры — их толщина достигает 10 км. Когда верхняя граница облака добирается до стратосферы, оно как бы сплющивается и, вытягиваясь по направлению ветра, принимает форму наковальни. Грозовые шквалы способны вызвать сильные разрушения. Известны случаи, когда они переворачивали железнодорожные вагоны весом 16 тонн.

Во время грозы между облаками или между облаками и земной поверхностью возникают электрические разряды большой мощности — молнии. В этот момент в облаках происходит трение молекул, в результате чего появляется электрическое напряжение. Температура молнии достигает 30000°С. Она так сильно разогревает окружающий воздух, что он стремительно расширяется и с грохотом одолевает звуковой барьер. Раскаты этого грома объясняются отражением звука от облаков. Грозам обычно сопутствуют ливневые осадки, град, но бывают грозы и без дождей. Вспышки невидимых и неслышимых молний при отдаленной грозе, освещающие изнутри облака, называют зарницами.

Иногда при  грозе появляются так называемые шаровые молнии — ослепительные, искристые, огненные шары. Они плывут над землей с потоком воздуха, и, случается, втягиваются сквозняком в дома, взрываются внутри зданий. Природа их еще окончательно не выяснена.

Самое богатое  грозами место на Земле находится в Тихом океане вблизи Японских островов. Это показали наблюдения со спутников. В этом районе зарегистрированы самые мощные молнии.

Молния –  это искровой разряд электрического заряда кучевого облака , сопровождающийся ослепительной вспышкой и резким звуком (громом). Существует несколько видов разрядов:

- Темный

- Тлеющий

- Дуговой 

- Коронный 

- Искровой

Искровой разряд - (искра электрическая) - нестационарный электрическийразряд в газе, возникающий в электрическом поле при давлении газа до нескольких атмосфер. Отличается извилистой разветвленной формой и быстрым развитием (ок. 10-7 с). Температура в главном канале искрового разряда достигает 10 000 К. В и природе наблюдается в виде молнии.

Коро́нный разря́д — это характерная форма самостоятельного газового разряда, возникающего в резко неоднородных полях. Главной особенностью этого разряда является то, что ионизационные процессы электронами происходят не по всей длине промежутка, а только в небольшой его части вблизи электрода с малым радиусом кривизны (так называемого коронирующего электрода).

Дуговой разряд, один из типов стационарного электрического разряда в газах. Впервые наблюдался между двумя угольными электродами в воздухе в 1802 В. В. Петровым и независимо в 1808—09 Г. Дэви. Светящийся токовый канал этого разряда был дугообразно изогнут, что и обусловило название Д. р.

Тле́ющий разря́д — один из видов стационарного самостоятельного электрического разряда в газах. Формируется, как правило, при низком давлении газа и малом токе. При увеличении проходящего тока превращается в дуговой разряд.

Темный  или таунсендовский разряд, самостоятельный квазистационарный электрический разряд в газах при низких давлениях и очень малых токах (менее 10-5 А). Электрическое поле в разрядном промежутке однородно или слабо неоднородно. Объёмный заряд имеет очень низкую плотность и практически не искажает поле.

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.