St první. Povaha blesku (Victor Guljajev) /

Když se v elektrickém poli atmosféry rozvine gigantický jiskrový výboj, můžeme pozorovat úžasný přírodní úkaz – blesk. Nejpozoruhodnější projev bouřky může být extrémně nebezpečný pro lidský život a lidskou infrastrukturu. Počet bouřek na naší planetě ročně přesahuje deset milionů. V průměru se na Zemi vyskytuje až padesát tisíc bouřek denně a více než tisíc se vyskytuje současně. Bouřky se vyskytují nad světovými oceány mnohonásobně častěji než nad pevninou. Každou vteřinu udeří na zemský povrch desítky blesků. Jejich četnost a dynamiku vývoje navíc nelze přesně předvídat, stejně jako nelze se stoprocentní pravděpodobností předvídat následky bouřkové aktivity.

Díky moderním technickým prostředkům bylo možné zaznamenat výskyt blesků na jiných planetách sluneční soustavy, zejména na Jupiteru. Pokud jde o Zemi, převážnou většinu všech bouřek tvoří rovníkové a tropické zóny. A pravděpodobnost, že se nad póly naší planety objeví blesk, bývá nulová. V Rusku je největší bouřková aktivita pozorována v jižních oblastech. Ochrana před bleskem je vyžadována především tam, kde je vysoká pravděpodobnost projevu přírodních sil.

Výboj blesku během bouřky je podobný elektrickému výbuchu. A působivé zvukové a světelné efekty často doprovází prudký nárůst větru, krupobití a deště. Bleskový proud může být stovky tisíc ampér a napětí může být až miliarda voltů. Její délka dosahuje stovek kilometrů, její rychlost dosahuje stovek tisíc kilometrů za sekundu, její trvání dosahuje několika sekund a její teplota dosahuje desítek tisíc stupňů. Intenzita výboje je v průměru padesát za sekundu. Rychlost bouřky je desítky kilometrů za hodinu, její velikost se pohybuje od několika kilometrů do několika desítek. Zralý bouřkový mrak může mít bipolární nebo složitější strukturu distribuce náboje. Počet výbojů blesku a jejich parametry souvisí s množstvím náboje a jeho rozložením v cloudu. Množství je také ovlivněno rychlostí výroby náboje.

Bouřkové mraky, které mohou dosahovat v průměru několika kilometrů, vznikají v důsledku silných atmosférických procesů a vyznačují se vertikálním vývojem. Jsou tvořeny proudy vzduchu nasycenými vodní párou. Energie se ukládá v elektrickém poli oblaku – bouřková elektřina. První a druhá fáze vývoje bouřkových mraků – kupovité a zralé – končí fází rozpadu. Vývoj bouřky je vyvolán výskytem konvekce. Proudy vlhkého vzduchu se pohybují nahoru a vlhkost je částečně v kapalném stavu a částečně ve formě ledových krů. Velikost a síla proudění určují typ bouřky a životní cyklus bouřkového mraku. Jednobuněčný oblak cumulonimbus má krátkou životnost – ne více než hodinu – a po bouřce, kterou způsobil, rychle mizí. K běžnějším vícebuněčným klastrovým bouřkám dochází, když bouřkové buňky v různých fázích vývoje tvoří skupinu nebo shluk a pohybují se jako jeden celek. Tato bouřka trvá již několik hodin a je doprovázena kroupami, deštěm a poryvy větru. Vícebuněčná lineární bouřka připomíná temnou stěnu zakrývající obzor. Tato pro letectví nebezpečná bouřka, nazývaná také „squall line“, je doprovázena silnými sestupnými proudy, vydatnými srážkami a velkým krupobitím. Supercelární bouřka získala svůj název podle gigantické velikosti buňky bouřky. Kromě silných krupobití a bouřek se vyznačuje ničivými tornády.

Historie studia blesku

Studium bouřkové aktivity a zejména blesků je neodmyslitelně spjato s tématem elektřiny a jejích projevů ve vesmíru po celé zeměkouli. Úhrn projevů atmosférické elektřiny studuje atmosférická fyzika. Předmětem jejího studia je celá řada vzájemně propojených elektrických jevů: ionizace a vodivost atmosféry, elektrické pole a proudy, elektrické náboje a výboje. Průlom v této oblasti učinil v 18. století významný americký představitel z vědecké a politické oblasti Benjamin Franklin. Prostřednictvím experimentů zjistil, že blesk je elektrické povahy, a definoval pojmy kladný a záporný náboj. V roce 1752 Franklin poprvé navrhl návrh hromosvodu založeného na kovové tyči spojené se zemí. Klíčové principy objevené vědci jsou stále aktuální v oblasti ochrany budov a staveb před bleskem.

Současně ruský vědec a přírodovědec Michail Vasilyevič Lomonosov vysvětlil povahu bouřkových mraků a předložil hypotézu o důvodech jejich elektrifikace. Svou vědeckou teorii nastínil ve své práci „Příběh leteckých jevů produkovaných elektrickou silou“. Oba výzkumníci, Lomonosov a Franklin, použili při svých experimentech draka, který s ním letěl směrem k bouřkovým mrakům. Lomonosovův kolega Georg Wilhelm Richmann zemřel během bouřky při provádění elektrických experimentů. Krátce předtím se však akademikům podařilo společně zahájit seriózní studii ochrany před bleskem v Rusku. V roce 1753 vytvořili Lomonosov a Richman první prototypy hromosvodů v Rusku. Richman také zahájil výzkum interakce elektricky nabitých těles. Tato otázka zaměstnávala mnoho prominentních vědců, včetně Franze Apinuse, Daniela Bernoulliho, Josepha Priestleyho, Johna Robinsona a Henryho Cavendishe.

Elektrická jiskra nebo jiskrový výboj je shluk plazmou naplněných kanálů. Jiskrové kanály jsou rozvětvené světlé proužky připomínající vlákna. Takovým výbojem v přírodě je blesk. První umělou elektrickou jiskru vyrobil v elektrickém kondenzátoru holandský vědec Pieter van Musschenbroeck v roce 1745.

Elektrický náboj nebo množství elektřiny jako skalární veličinu poprvé definoval Charles Coulomb, fyzik a inženýr z Francie. Souvislost mezi silou interakce mezi stacionárními bodovými elektrickými náboji a vzdáleností mezi nimi byla odvozena v Coulombově zákoně v roce 1785. Coulomb jako jednotka měření elektrického náboje je určena množstvím náboje procházejícího vodičem za 1 sekundu při proudu 1 ampér. Elektrické náboje v blízkozemském prostoru, v atmosféře a na povrchu naší planety vytvářejí pole nazývané elektrické pole Země. Náboj o velikosti půl milionu coulombů vytváří na povrchu Země elektrické pole o intenzitě desítek voltů na metr.

Jednotka měření elektrického napětí „volt“ dostala své jméno na počest Alessandra Volty, vědce z Itálie. Vytvořil první zdroj chemického proudu pomocí kyseliny a desek ze zinku a mědi, stejně jako řadu elektrických zařízení. Elektrostatický potenciál se vyjadřuje ve voltech. Volt se označuje jako V nebo V. Výkon stejnosměrného elektrického proudu se měří ve wattech, což je jednotka pojmenovaná po skotském vynálezci Jamesi Wattovi. Watt je označován jako W nebo W.

Princip interakce elektrických proudů formuloval fyzik Andre Ampere v roce 1820. Francouzský vědec zavedl do fyziky samotný pojem elektrického proudu. Ampérův zákon popisuje stavy vodičů v závislosti na směru proudu. Pokud elektrické proudy v paralelních vodičích tečou stejným směrem, vodiče se přitahují. Pokud v nich tečou proudy v opačných směrech, pak se paralelní vodiče odpuzují. Postupem času získala jednotka měření síly konstantního elektrického proudu název „ampér“. Ampér je označen jako A.

Tepelný účinek elektrického proudu formuloval ve formě zákona anglický fyzik James Joule. Po tomto vědci byla pojmenována jednotka měření energie. Joule se označuje jako J nebo J. Za 1 sekundu vykoná síla elektrického pole při napětí 1 voltu k udržení proudu 1 ampéru práci 1 joule.

20. století přineslo lidstvu poznatky o ionosféře a magnetosféře. A pak, s rozvojem vesmírných technologií, bylo možné studovat procesy v nejvyšších vrstvách atmosféry. Největší příspěvek k utváření moderních znalostí o elektrických atmosférických jevech měli nositel Nobelovy ceny Charles Wilson a fyzik Jakov Frenkel.

Druhy blesků

Blesky se dělí na různé typy: lineární, vodorovný, stuhový, tečkovaný, kulový, oheň svatého Elma, stejně jako skřítci, elfové, proudnice ve vyšších vrstvách atmosféry. Příčinou systematické destrukce a nehod je lineární typ blesku, nejběžnější ze všech. Dnes je ve srovnání s jinými typy podobných přírodních jevů nejvíce prozkoumaný. Lineární blesk lze rozdělit podle místa jeho výskytu. Objevují se a vyvíjejí se v prostoru mezi mrakem a povrchem země. V zásadě jsou to tyto výboje, které ovlivňují pozemní objekty. K elektrickým výbojům dochází v atmosféře v důsledku potenciálních rozdílů mezi částmi bouřkového mraku, mezi mraky nebo mezi mrakem a zemí. Blesk se tedy může vyvinout i uvnitř oblaku nebo mezi různými mraky.

Směr vývoje lineárních blesků slouží jako kritérium pro jejich rozdělení na dolů a nahoru. Vlivem vývoje bleskojedce z mraku na zem nebo ze země do mraku dochází k prolomení zóny mezi nimi. Blesk, jehož vývoj směřuje z bouřkového mraku dolů k zemi, se nazývá klesající. Vzestupné blesky se vyvíjejí směrem k mraku z vrcholků uzemněných struktur. Příčinou poškození konstrukcí tyčících se přes 200 metrů na rovném terénu jsou v naprosté většině případů právě stoupající blesky.

Etapy vývoje blesku

Blesk přenáší kladný nebo záporný náboj z mraku na zem. Znaménko náboje určuje jeho polaritu. Blesk s negativním nábojem je mnohem běžnější a jeho parametry byly podrobněji studovány. Negativní sestupný blesk se vyvíjí ve třech fázích, které tvoří součást. Po první složce obvykle následují další. Jejich počet může dosáhnout několika desítek.

Výboj blesku začíná, když se objeví vůdce. Má tepelné, mechanické a elektrické účinky na předměty, kterými prochází. Lightning leader se skládá z kanálu, hlavy kanálu a zóny streameru. Svodový kanál blesku je plazmová formace, kterou protéká proud. Kanál se rozrůstá a zmenšuje mezeru mezi mrakem a zemí. Nese v sobě obrovský potenciál desítek megavoltů a proudová síla v něm dosahuje stovek ampér. Množství elektrického náboje rozloženého po jeho délce dosahuje několika coulombů. Takto probíhá hlavní fáze vývoje blesku v milisekundách.

Dále přichází nejnebezpečnější proces, jako je zkrat – hlavní fáze. Vysokoteplotní vodivý kanál se zkratuje se zemí a vyvolává přechodný proces vybíjení rozšířeného nabitého systému vytvořeného nástavcem. V této fázi může kanálem protékat proudový impuls během stovek mikrosekund s amplitudou několika stovek kiloampérů. Rychlost jeho šíření je srovnatelná s rychlostí světla. Hlavní pódium doprovázejí světelné záblesky, jasná záře a hromy. Hrom je způsoben vibracemi vzduchu, když se vlna vzduchu ohřátá bleskem srazí se studeným vzduchem.

V konečné fázi kanál blesku pokračuje v přenosu náboje do země, ale méně intenzivně. Tento stupeň se však vyznačuje dlouhým trváním proudu, což je způsobeno především tepelnými účinky blesku.

Mocnou ničivou sílu atmosférické elektřiny nelze podceňovat. S tím souvisí i vhodnost instalace speciálních systémů – ochrany před bleskem a uzemnění.

Spisovatel Daniil Granin, který nás nedávno opustil, napsal svůj slavný román „Jdu do bouře“ v roce 1962. Autor popsal práci vědců související s povahou bouřek. Bohužel zůstává problém povahy bouřek.
Moderní věda popisuje tento impozantní přírodní jev takto:
„Odkud pocházejí samotné blesky? Elektrické náboje kolem a uvnitř mraků se neustále pohybují. Tento proces je poměrně složitý. Nejjednodušší způsob, jak si představit práci elektrických nábojů ve zralých oblacích. Dominuje v nich dipólová pozitivní struktura. Jak je distribuován? Kladný náboj je umístěn nahoře a záporný náboj je umístěn pod ním, uvnitř oblaku. Podle hlavní hypotézy (tuto oblast vědy lze stále považovat za málo prozkoumanou) se těžší a větší částice nabíjejí záporně, zatímco malé a lehké mají kladný náboj. První padají rychleji než druhé. To způsobuje prostorové oddělení vesmírných nábojů. Tento mechanismus je potvrzen laboratorními experimenty. Částice ledových zrn nebo krup mohou mít silný přenos náboje. Velikost a znaménko budou záviset na obsahu vody v oblaku, teplotě vzduchu (okolí) a rychlosti srážky (hlavní faktory). Nelze vyloučit vliv dalších mechanismů. Mezi zemí a mrakem (nebo neutrální atmosférou nebo ionosférou) dochází k výbojům. Právě v tomto okamžiku vidíme záblesky protínající oblohu. Nebo blesk. Tento proces je doprovázen hlasitým zvoněním (hřmění). Bouřka je složitý proces. Jeho studium může trvat mnoho desetiletí, možná i staletí.“

S tímto pohledem moderní vědy lze skutečně souhlasit, že povaha tohoto jevu je stále neznámá. Pokusme se pochopit tento problém z hlediska vírové kvantové mechaniky. K tomu použijeme internetový materiál na odkazu: http://electricity-automation.com/ru/electricity/10
Navrhovaný materiál prezentuje elektrické parametry rozložení síly elektrického pole na povrchu Země do ionosféry. Rozdíl potenciálu je působivý – 100 voltů na metr výšky.
Dále je na základě digitální analýzy elektrického pole Země předložena hypotéza: „Odkud pochází potenciál elektrického pole Země?
„Jak již bylo řečeno výše, Země je kondenzátor, jehož jedna deska je povrch Země a druhá deska superkondenzátoru je oblast ionosféry. Na povrchu Země je náboj záporný a za ionosférou kladný. Stejně jako povrch Země je i ionosféra vodičem a vrstva atmosféry mezi nimi je nehomogenní plynové dielektrikum. Kladný náboj ionosféry vzniká díky kosmickému záření, ale co nabíjí zemský povrch záporným nábojem?
Pro názornost je nutné si připomenout, jak se nabíjí klasický elektrický kondenzátor. Je součástí elektrického obvodu ke zdroji proudu a nabíjí se na maximální hodnotu napětí na deskách. Pro kondenzátor, jako je Země, se stane něco podobného. Stejně tak se musí zapnout určitý zdroj, musí téct proud a na deskách se tvoří opačné náboje. Myslete na blesky, které jsou obvykle doprovázeny bouřkami. Tyto blesky jsou samotným elektrickým obvodem, který nabíjí Zemi.
Právě blesk dopadající na povrch Země je zdrojem, který nabíjí povrch Země záporným nábojem. Blesk má proud asi 1800 ampér a počet bouřek a blesků za den je více než 300. Bouřkový mrak má polaritu. Jeho horní část ve výšce přibližně 6-7 km při teplotě vzduchu asi -20°C je kladně nabitá a jeho spodní část ve výšce 3-4 km při teplotě vzduchu 0° až -10°C je záporně nabitá. Náboj na dně bouřkového mraku stačí k vytvoření rozdílu potenciálu na zemském povrchu 20-100 milionů voltů. Náboj blesku je obvykle v řádu 20-30 Coulombů (C) elektřiny. Blesky udeří ve výbojích mezi mraky a mezi mraky a povrchem Země. Každé nabití vyžaduje asi 5 sekund, takže při tomto pořadí může dojít k výbojům blesku, ale to neznamená, že po 5 sekundách nutně dojde k výboji.“

Z hlediska elektrodynamiky k pohybu náboje dochází při vzniku rozdílu potenciálů. Dělení potenciálního rozdílu na plus a mínus je čistá konvence. Potenciální rozdíl může mít stejné znaménko. Podle autora článku pouze bouřky nabíjejí Zemi negativním potenciálem, to znamená, že bez znalosti základních fyzikálních důvodů je vyslovena hypotéza, která leží na povrchu poznání (desky kondenzátoru jsou nabity opačnými náboji).
Dále, na základě poznatků moderní vědy, je učiněn závěr o povaze blesku:
„Atmosférický výboj ve formě blesku má poměrně složitou strukturu. V každém případě se jedná o jev elektrického proudu v plynech, ke kterému dochází při dosažení nezbytných podmínek pro rozklad plynu, tedy ionizaci molekul vzduchu. Nejkurióznější je, že zemská atmosféra funguje jako nepřetržité dynamo, které negativně nabíjí zemský povrch. Každý výboj blesku udeří za podmínky, že zemský povrch je bez záporných nábojů, což zajišťuje potřebný potenciálový rozdíl pro výboj (ionizace plynu).
Jakmile blesk dopadne na zem, negativní náboj vyteče na povrch, ale poté se spodní část bouřkového mraku vybije a jeho potenciál se změní, stane se pozitivním. Dále se objeví zpětný proud a přebytečný náboj, který dosáhne povrchu Země, se posune nahoru a znovu nabije bouřkový mrak. Poté lze proces znovu opakovat, ale s nižšími hodnotami elektrického napětí a proudu. To se děje, pokud existují podmínky pro ionizaci plynů, nezbytný rozdíl potenciálů a přebytek záporného elektrického náboje.
Abychom to shrnuli, můžeme říci, že blesky udeří v krocích, čímž se vytvoří elektrický obvod, kterým proudí proud v plynech se střídavým směrem. Každé dobití bleskem trvá asi 5 sekund a udeří pouze tehdy, když jsou k tomu nezbytné podmínky (průrazné napětí a ionizace plynu). Napětí mezi začátkem a koncem blesku může být řádově 100 milionů voltů a průměrná hodnota proudu je asi 1800 ampérů. Špičkový proud dosahuje více než 10000 20 ampér a přenesený náboj se rovná 30-XNUMX coulombům elektřiny.

Pokud se pohybujeme v rámci logiky moderní vědy, pak hlavní otázka o hluboké povaze blesku nevyvstává z množství nesourodých digitálních faktů. A bez znalosti základů problematiky se nelze posunout dále ve zvládnutí této kolosální energie přírody.

© Copyright: Victor Gulyaev, 2017
Osvědčení o zveřejnění č. 217080200883

Díky autorovi, informativní. Autor přidán do oblíbených
S pozdravem Olga

Tato práce byla napsána pro 2 recenze, zde se zobrazuje poslední, ostatní jsou v úplném seznamu.

Portál Proza.ru poskytuje autorům možnost volně publikovat svá literární díla na internetu na základě uživatelské smlouvy. Veškerá autorská práva k dílům náleží autorům a jsou chráněna zákonem. Přetisk díla je možný pouze se souhlasem jeho autora, na kterého se můžete odkázat na jeho autorské stránce. Za texty děl odpovídají autoři samostatně na základě pravidel publikování a legislativy Ruské federace. Údaje uživatelů jsou zpracovávány na základě Zásad zpracování osobních údajů. Můžete si také prohlédnout podrobnější informace o portálu a kontaktovat administraci.

Denní návštěvnost portálu Proza.ru je asi 100 tisíc návštěvníků, kteří si celkem prohlédnou více než půl milionu stránek podle počítadla návštěvnosti, které se nachází vpravo od tohoto textu. Každý sloupec obsahuje dvě čísla: počet zobrazení a počet návštěvníků.

© Všechna práva vyhrazena autorům, 2000-2025. Portál funguje pod záštitou Ruského svazu spisovatelů. 18+