Kas ir zibens un kā tas notiek?

Pērkona mākoņu izcelsme

Migla, kas paceļas augstu virs zemes, sastāv no ūdens daļiņām un veido mākoņus. Lielākus un smagākus mākoņus sauc par gubu mākoņiem. Daži mākoņi ir vienkārši — tie neizraisa zibeņus vai pērkonu. Citus sauc par pērkona negaisu, jo tie rada pērkona negaisu, veido zibeņus un pērkonu. Pērkona mākoņi atšķiras no parastajiem lietus mākoņiem ar to, ka tie ir uzlādēti ar elektrību: daži ir pozitīvi, daži ir negatīvi.

Kā veidojas negaisa mākoņi? Ikviens zina, cik stiprs vējš ir pērkona negaisa laikā. Bet vēl spēcīgāki gaisa virpuļi veidojas augstāk virs zemes, kur meži un kalni netraucē gaisa kustībai. Šis vējš mākoņos rada galvenokārt pozitīvu un negatīvu elektrību.

Katra piliena centrā ir pozitīva elektrība, un vienāds daudzums negatīvās elektrības tiek atrasts gar piliena virsmu. Krītošās lietus lāses satver vējš un iekrīt gaisa plūsmās. Vējš, ar spēku sitot pilienu, salauž to gabalos.Šajā gadījumā pilienu atdalītās ārējās daļiņas tiek uzlādētas ar negatīvu elektrību.

Atlikusī lielākā un smagākā piliena daļa tiek uzlādēta ar pozitīvu elektrību. Mākoņa daļa, kurā uzkrājas smagie pilieni, ir uzlādēta ar pozitīvu elektrību. Lietus, kas nokrīt no mākoņa, daļu mākoņa elektrības pārnes uz zemi, un tādējādi starp mākoni un zemi tiek radīta elektriskā pievilcība.

attēlā. 1 parāda elektroenerģijas sadalījumu mākonī un uz zemes virsmas. Ja mākonis ir uzlādēts ar negatīvu elektrību, tad, cenšoties to piesaistīt, zemes pozitīvā elektrība tiks sadalīta pa visu paaugstināto objektu virsmu, kas vada elektrisko strāvu. Jo augstāks objekts stāv uz zemes, jo mazāks attālums starp mākoņa augšdaļu un apakšu un mazāks gaisa slānis, kas paliek šeit, izdalot pretējo elektrību. Ir acīmredzams, ka šādās vietās zibens zemē iekļūst vieglāk. Vairāk par to pastāstīsim vēlāk.

Rīsi. 1. Elektrības sadale negaisa mākonī un zemes objektos

Kas izraisa zibeni?

Tuvojoties augstam kokam vai mājai, uz to iedarbojas ar elektrību uzlādēts negaisa mākonis. attēlā. 1 mākonis, kas uzlādēts ar negatīvu elektrību, piesaista pozitīvo elektrību jumtam, un mājas negatīvā elektrība nonāks zemē.

Gan elektrība — mākonī, gan uz mājas jumta — mēdz pievilkt viena otru. Ja mākonī ir daudz elektrības, tad caur ietekmi uz māju veidojas daudz elektrības.

Tāpat kā ieplūstošais ūdens var sagraut aizsprostu un ieplūst straumē, neierobežotā kustībā appludinot ieleju, tāpat elektrība, arvien vairāk uzkrājoties mākonī, galu galā var izlauzties cauri gaisa slānim, kas to atdala no zemes virsmas, un steigties. uz leju uz zemi, uz pretējo elektrību. Parādīsies spēcīga izlāde — starp mākoni un māju noslīdēs elektriskā dzirkstele.

Tas ir zibens, kas iesper mājā. Zibens izlāde var notikt ne tikai starp mākoni un zemi, bet arī starp diviem mākoņiem, kas uzlādēti ar dažāda veida elektrību.

Jo stiprāks vējš, jo ātrāk mākonis tiek uzlādēts ar elektrību. Vējš patērē noteiktu darba apjomu, kas tiek veltīts pozitīvās un negatīvās elektrības atdalīšanai.

Kā attīstās zibens?

Visbiežāk zibens, kas iesper zemē, nāk no mākoņiem, kas uzlādēti ar negatīvu elektrību. Šādā veidā attīstās zibens, kas sper no šāda mākoņa.

Pirmkārt, neliels daudzums elektronu sāk plūst no mākoņa uz zemi, šaurā kanālā, veidojot sava veida strāvu gaisā.

attēlā. 2 parāda šo zibens veidošanās sākumu. Mākoņa daļā, kur sāk veidoties kanāls, ir uzkrājušies elektroni ar lielu kustības ātrumu, kā rezultātā tie, saduroties ar gaisa atomiem, sadala tos kodolos un elektronos.

Rīsi. 2. Mākonī sāk veidoties zibens

Arī šajā gadījumā atbrīvotie elektroni metās uz zemi un, atkal saduroties ar gaisa atomiem, tos atdala.Tas ir kā sniega krišana kalnos, kad sākumā neliels kamols, ripot lejā, pāraug ar pielipušām sniegpārslām un, paātrinot lidojumu, kļūst par lielu lavīnu.

Un šeit elektronu lavīna uztver jaunus gaisa apjomus, sadalot tā atomus gabalos. Šajā gadījumā gaiss tiek uzkarsēts, un, paaugstinoties temperatūrai, tā vadītspēja palielinās. Tas no izolatora pārvēršas par vadītāju. Caur radīto vadošo gaisa kanālu no mākoņa elektrība sāk izplūst arvien vairāk. Elektrība tuvojas zemei ​​ar milzīgu ātrumu, sasniedzot 100 kilometrus sekundē.

Sekundes simtdaļās elektronu lavīna sasniedz zemi. Ar to beidzas tikai pirmā, tā sakot, "sagatavošanās" zibens daļa: zibens ir nokļuvis zemē. Otrā, lielākā Lightning izstrādes daļa vēl tikai priekšā. Aplūkoto zibens veidojuma daļu sauc par vadītāju. Šis svešvārds krievu valodā nozīmē "vadonis". Gids ļāva ceļu otrai, jaudīgākai zibens daļai; šo daļu sauc par galveno daļu. Tiklīdz kanāls sasniedz zemi, elektrība pa to sāk plūst daudz vardarbīgāk un ātrāk.

Tagad ir saikne starp kanālā uzkrāto negatīvo elektrību un pozitīvo elektrību, kas ar lietus lāsēm nokritusi zemē, un ar elektrisku darbību notiek elektrības izlāde starp mākoni un zemi. Šāda izlāde ir milzīgas stiprības elektriskā strāva — šī stiprība ir daudz lielāka par strāvas stiprumu parastā elektrotīklā.

Strāva, kas plūst kanālā, ļoti ātri palielinās, un pēc maksimālā stipruma sasniegšanas tā sāk pakāpeniski samazināties.Zibens kanāls, pa kuru plūst tik spēcīga strāva, ļoti uzsilst un tāpēc spilgti spīd. Bet strāvas plūsmas laiks zibens izlādes gadījumā ir ļoti īss. Izlāde ilgst ļoti mazas sekundes daļas, un tāpēc izlādes laikā saražotā elektriskā enerģija ir salīdzinoši neliela.

attēlā. 3. attēlā parādīta zibensnovedēja pakāpeniska kustība pret zemi (pirmie trīs cipari pa kreisi).

Rīsi. 3. Zibensnovedēja (pirmie trīs cipari) un tā galvenās daļas (pēdējie trīs cipari) pakāpeniska attīstība.

Pēdējie trīs skaitļi parāda atsevišķus zibens otrās (galvenās) daļas veidošanās momentus. Cilvēks, kurš skatās uz zibspuldzi, protams, nespētu atšķirt tās vadītāju no galvenās daļas, jo viņi ļoti ātri seko viens otram pa vienu un to pašu ceļu.

Pēc divu dažādu elektrības veidu pievienošanas strāva tiek pārtraukta. Parasti zibens ar to neapstājas. Nereti pa pirmā metiena aizskarto taciņu uzreiz metas jauns līderis, un aiz viņa uz tā paša ceļa atkal metiena acs daļa. Tas pabeidz otro izlādi.

Var būt līdz 50 šādām atsevišķām kategorijām, katrai no kurām ir savs vadītājs un galvenā struktūra. Visbiežāk tie ir 2-3. Atsevišķu izlāžu parādīšanās padara zibeni ar pārtraukumiem, un bieži vien cilvēks, kurš skatās uz zibeni, redz, ka tas mirgo. Tas izraisa zibspuldzes mirgošanu.

Laiks starp atsevišķu izlāžu veidošanos ir ļoti īss. Tas nepārsniedz sekundes simtdaļas.Ja izlāžu skaits ir ļoti liels, tad zibens ilgums var sasniegt veselu sekundi vai pat vairākas sekundes.

Mēs esam apsvēruši tikai vienu zibens veidu, kas ir visizplatītākais.Šo zibeni sauc par lineāro zibeni, jo ar neapbruņotu aci tas šķiet kā līnija — šaura, spilgta balta, gaiši zila vai spilgti rozā josla.

Līnijas zibens garums ir no simtiem metru līdz daudziem kilometriem. Zibens ceļš parasti ir zigzags. Zibenim bieži ir daudz zaru. Kā jau minēts, lineāras zibens izlādes var notikt ne tikai starp mākoni un zemi, bet arī starp mākoņiem.

Lodveida zibens

Tomēr papildus lineārajam daudz retāk ir arī citi zibens veidi. Mēs apsvērsim vienu no tiem interesantāko - lodveida zibens.

Dažreiz ir zibens izlādes, kas ir uguns bumbas. Kā veidojas lodveida zibens, vēl nav pētīts, taču pieejamie novērojumi par šo interesanto zibensizlādes veidu ļauj izdarīt dažus secinājumus.

Visbiežāk lodveida zibens ir veidots kā arbūzs vai bumbieris. Tas ilgst salīdzinoši ilgi - no sekundes daļas līdz vairākām minūtēm.

Visbiežākais lodveida zibens ilgums ir no 3 līdz 5 sekundēm. Visbiežāk lodveida zibens parādās pērkona negaisa beigās sarkani kvēlojošu lodīšu veidā ar diametru no 10 līdz 20 centimetriem. Retos gadījumos tas ir arī liels. Piemēram, tika fotografēts zibens, kura diametrs ir aptuveni 10 metri.

Bumba dažreiz var būt apžilbinoši balta un ar ļoti asām kontūrām. Lodveida zibens parasti izdod svilpšanas, dūkoņa vai svilpšanas skaņu.

Lodveida zibens var izgaist klusi, taču tas var izstarot vāju sprakšķi vai pat apdullinošu sprādzienu. Kad tas pazūd, tas bieži atstāj asu smaržojošu miglu. Pie zemes vai iekštelpās lodveida zibens kustas ar skrienoša cilvēka ātrumu — aptuveni divus metrus sekundē.Tā var kādu laiku palikt miera stāvoklī, un tāda "nosēdusies" bumba šņāc un met dzirksteles, līdz pazūd. Dažreiz šķiet, ka lodveida zibens virza vējš, bet parasti tā kustība nav atkarīga no vēja.

Lodveida zibens piesaista slēgtās telpās, kur tie iekļūst caur atvērtiem logiem vai durvīm, un dažreiz pat caur nelielām plaisām. Caurules tiem ir labs veids; tāpēc virtuvēs no krāsnīm bieži izplūst uguns bumbas. Pēc ceļošanas pa istabu zibens lodveida zibens atstāj telpu, bieži izejot pa to pašu ceļu, kurā tas iegāja.

Dažreiz zibens paceļas un nokrīt divas vai trīs reizes attālumā no dažiem centimetriem līdz dažiem metriem. Vienlaikus ar šiem kāpumiem un kritumiem uguns bumba dažkārt pārvietojas horizontālā virzienā, un tad šķiet, ka lodveida zibens veic lēcienus.

Bieži vien lodveida zibens "nosēžas" uz vadiem, dodot priekšroku augstākajiem punktiem, vai ripo pa vadiem, piemēram, pa drenāžas caurulēm. Pārvietojoties gar cilvēku ķermeņiem, dažreiz zem apģērba, uguns bumbas izraisa smagus apdegumus un pat nāvi. Ir daudz aprakstu par gadījumiem, kad zibens nodarīts letāls kaitējums cilvēkiem un dzīvniekiem. Siltuma zibens var radīt ļoti nopietnus bojājumus ēkām.

Kur iesper zibens?

Tā kā zibens ir elektriskā izlāde caur izolatora - gaisa biezumu, tad visbiežāk tā notiek tur, kur gaisa slānis starp mākoni un jebkuru objektu uz zemes virsmas būs mazāks. Par to liecina tiešie novērojumi: zibens mēdz iespert augstos zvanu torņos, mastos, kokos un citos augstos objektos.

Tomēr zibens steidzas ne tikai uz augstiem objektiem.No diviem blakus esošiem vienāda augstuma mastiem, viens no koka, otrs no metāla, un stāvot netālu viens no otra, zibens metīsies pie metāla. Tas notiks divu iemeslu dēļ: pirmkārt, metāls vada elektrību daudz labāk nekā koks, pat ja tas ir mitrs. Otrkārt, metāla masts ir labi savienots ar zemi un līdera attīstības laikā elektrība no zemes var brīvāk plūst uz mastu.

Pēdējais apstāklis ​​tiek plaši izmantots, lai aizsargātu dažādas ēkas no zibens. Jo lielāks ir metāla masta virsmas laukums, kas saskaras ar zemi, jo vieglāk elektrība no mākoņa nonāk zemē.

To var salīdzināt ar to, kā caur piltuvi tiek ielieta šķidruma strūkla pudelē. Ja piltuves atvere ir pietiekami liela, strūkla ieplūdīs tieši pudelē. Ja piltuves atvere ir maza, šķidrums sāks pārplūst pāri piltuves malai un izliet uz grīdas.

Zibens var iespert pat līdzenā zemes virsmā, bet tajā pašā laikā tas steidzas tur, kur augsnes elektrovadītspēja ir lielāka. Tā, piemēram, mitrā mālā vai purvā zibens iespēra ātrāk nekā sausās smiltīs vai akmeņainā sausā augsnē. Tā paša iemesla dēļ zibens iesper upju un strautu krastos, dodot priekšroku tiem, nevis augstiem, bet sausiem kokiem, kas slejas to tuvumā.

Šo zibens īpašību — steigties pie labi iezemētiem un labi vadošiem ķermeņiem — plaši izmanto dažādu aizsargierīču ieviešanā.