Co je to blesk a jak k němu dochází?

Původ bouřkových mraků

Mlha stoupající vysoko nad zemí se skládá z vodních částic a tvoří mraky. Větší a těžší mraky se nazývají kupovité mraky. Některé mraky jsou jednoduché – nezpůsobují blesky ani hromy. Jiné se nazývají bouřky, protože vytvářejí bouřku, tvoří blesky a hromy. Bouřkové mraky se liší od běžných dešťových mraků tím, že jsou nabité elektřinou: některé jsou kladné, jiné záporné.

Jak se tvoří bouřkové mraky? Každý ví, jak silný je vítr během bouřky. Ještě silnější vzdušné víry se ale tvoří výše nad zemí, kde pohybu vzduchu nebrání lesy a hory. Tento vítr generuje v oblacích převážně kladnou a zápornou elektřinu.

Ve středu každé kapky je kladná elektřina a stejné množství záporné elektřiny se nachází podél povrchu kapky. Padající dešťové kapky jsou zachyceny větrem a padají do proudů vzduchu. Vítr, který na kapku udeří silou, ji rozbije na kusy.V tomto případě se oddělené vnější částice kapky nabijí zápornou elektřinou.

Zbývající větší a těžší část kapky se nabije kladnou elektřinou. Část oblaku, kde se hromadí těžké kapky, je nabitá kladnou elektřinou. Déšť, který padá z mraku, přenáší část elektřiny z mraku na zem, a tak vzniká mezi mrakem a zemí elektrická přitažlivost.

Na Obr. 1 ukazuje rozložení elektřiny v oblaku a na povrchu země. Pokud je mrak nabitý zápornou elektřinou, pak se kladná elektřina Země ve snaze být k němu přitahuje bude distribuována po povrchu všech vyvýšených objektů, které vedou elektrický proud. Čím výše objekt stojí na zemi, tím menší je vzdálenost mezi horní a spodní částí mraku a tím menší je vrstva vzduchu, která zde zůstává a vydává opačnou elektřinu. Je zřejmé, že v takových místech blesky snadněji pronikají do země. Více vám o tom řekneme později.

Rýže. 1. Rozvod elektřiny v bouřkovém mraku a pozemních objektech

Co způsobuje blesk?

Když se blíží k vysokému stromu nebo domu, působí na něj bouřkový mrak nabitý elektřinou. Na Obr. 1 mrak nabitý zápornou elektřinou přitahuje kladnou elektřinu na střechu a záporná elektřina domu půjde do země.

Jak elektřina – v oblacích, tak na střeše domu – mají tendenci se vzájemně přitahovat. Pokud je v cloudu hodně elektřiny, tak se vlivem vlivu tvoří hodně elektřiny na domě.

Stejně jako přitékající voda může erodovat přehradu a vrhnout se do bystřiny a zaplavit údolí ve svém neomezeném pohybu, tak elektřina, která se stále více hromadí v mraku, může nakonec prorazit vrstvu vzduchu, která ji odděluje od povrchu Země, a spěchat. dolů k zemi, k opačné elektřině. Dojde k silnému výboji — elektrická jiskra proklouzne mezi mrakem a domem.

Toto je blesk, který udeří do domu. K výbojům blesku může dojít nejen mezi mrakem a zemí, ale také mezi dvěma mraky nabitými různými druhy elektřiny.

Čím silnější je vítr, tím rychleji se mrak nabíjí elektřinou. Vítr vynakládá určité množství práce, která spočívá v oddělení kladné a záporné elektřiny.

Jak se vyvíjí blesk?

Nejčastěji blesk dopadající na zem pochází z mraků nabitých zápornou elektřinou. Úder blesku z takového mraku se vyvíjí tímto způsobem.

Za prvé, malá množství elektronů začnou proudit z mraku na zem v úzkém kanálu a tvoří jakýsi proud ve vzduchu.

Na Obr. 2 ukazuje tuto iniciaci tvorby blesku. V části mraku, kde se kanál začíná tvořit, se nahromadily elektrony s vysokou rychlostí pohybu, díky čemuž je po srážce s atomy vzduchu rozbijí na jádra a elektrony.

Rýže. 2. V oblaku se začnou tvořit blesky

Elektrony uvolněné v tomto případě také spěchají k zemi a opět se srazí s atomy vzduchu a oddělí je.Je to jako padání sněhu v horách, kdy nejprve malá hrouda, kutálející se dolů, vyroste pokrytá sněhovými vločkami, které jsou na ní nalepené, a urychlením letu se z ní stane velká lavina.

A zde elektronová lavina zachycuje nové objemy vzduchu a rozděluje jeho atomy na kousky. V tomto případě se vzduch ohřívá a s rostoucí teplotou se zvyšuje jeho vodivost. Z izolantu se stává vodič. Prostřednictvím výsledného vodivého kanálu vzduchu z oblaku začíná elektřina odtékat stále více. Elektřina se k Zemi přibližuje obrovskou rychlostí, dosahuje 100 kilometrů za sekundu.

Během setin sekundy se lavina elektronů dostane k zemi. Tím končí pouze první, takříkajíc „přípravná“ část blesku: blesk si prorazil cestu k zemi. Druhá, hlavní část vývoje Lightning teprve přijde. Uvažovaná část bleskového útvaru se nazývá vodič. Toto cizí slovo znamená v ruštině „vůdce“. Průvodce uvolnil cestu druhé, silnější části blesku; tato část se nazývá hlavní část. Jakmile kanál dosáhne země, začne jím proudit elektřina mnohem prudčeji a rychleji.

Nyní existuje spojení mezi zápornou elektřinou nahromaděnou v kanálu a kladnou elektřinou, která spadla na zem s dešťovými kapkami, a elektrickým působením dochází k výboji elektřiny mezi mrakem a zemí. Takový výboj je elektrický proud obrovské síly — tato síla je mnohem větší než síla proudu v konvenční elektrické síti.

Proud protékající kanálem se velmi rychle zvyšuje a po dosažení maximální síly začne postupně klesat.Bleskový kanál, kterým protéká tak silný proud, se hodně zahřívá, a proto jasně září. Ale doba toku proudu při výboji blesku je velmi krátká. Výboj trvá velmi malé zlomky sekundy, a proto je elektrická energie produkovaná během výboje relativně malá.

Na Obr. 3 ukazuje postupný pohyb hromosvodu směrem k zemi (první tři obrázky vlevo).

Rýže. 3. Postupný vývoj hromosvodu (první tři obrázky) a jeho hlavní části (poslední tři obrázky).

Poslední tři obrázky znázorňují jednotlivé okamžiky vzniku druhé (hlavní) části blesku. Člověk při pohledu na blesk by samozřejmě nerozeznal jeho průvodce od hlavní části, protože jdou za sebou extrémně rychle, na stejné dráze.

Po připojení dvou různých typů elektřiny se proud přeruší. Blesk se tam většinou nezastaví. Často se nový vůdce okamžitě řítí po cestě rozpálené prvním hodem a za ním je na stejné dráze opět oční část hodu. Tím je druhé vybíjení dokončeno.

Může existovat až 50 takových samostatných kategorií, z nichž každá se skládá z vlastního vůdce a hlavního orgánu. Nejčastěji jsou 2-3 z nich. Vzhled samostatných výbojů způsobuje, že blesk je přerušovaný a člověk, který se na blesk dívá, často vidí, že bliká. To způsobuje blikání blesku.

Doba mezi tvorbou samostatných výbojů je velmi krátká. Nepřesahuje setiny s. Pokud je počet výbojů velmi velký, může trvání blesku dosáhnout celé sekundy nebo dokonce několika sekund.

Uvažovali jsme pouze o jednom typu blesku, který je nejběžnější.Tento blesk se nazývá lineární blesk, protože se jeví pouhým okem jako čára – úzký, jasný pruh bílé, světle modré nebo jasně růžové.

Čárový blesk má délku stovek metrů až mnoho kilometrů. Dráha blesku je obvykle klikatá. Blesk má často mnoho větví. Jak již bylo zmíněno, lineární výboje blesku mohou vznikat nejen mezi mrakem a zemí, ale i mezi mraky.

Kulový blesk

Kromě lineárních však existují mnohem méně často jiné typy blesků. Budeme zvažovat jeden z nich, nejzajímavější - kulový blesk.

Někdy dochází k výbojům blesku, které jsou ohnivé koule. Jak vzniká kulový blesk, nebylo dosud prozkoumáno, ale dostupná pozorování tohoto zajímavého typu bleskového výboje nám umožňují vyvodit určité závěry.

Kulový blesk má nejčastěji tvar melounu nebo hrušky. Trvá poměrně dlouho — od zlomku sekundy až po několik minut.

Nejběžnější doba trvání kulového blesku je 3 až 5 sekund. Nejčastěji se kulový blesk objevuje na konci bouřky v podobě červeně zářících koulí o průměru 10 až 20 centimetrů. Ve vzácnějších případech je i velká. Vyfotografován byl například blesk o průměru asi 10 metrů.

Míč může být někdy oslnivě bílý a mít velmi ostré obrysy. Kulový blesk obvykle vydává syčivý, bzučivý nebo syčivý zvuk.

Kulový blesk může tiše zhasnout, ale může vydávat slabé praskání nebo dokonce ohlušující výbuch. Když zmizí, často zanechává pronikavě páchnoucí mlhu. V blízkosti země nebo uvnitř se kulový blesk pohybuje rychlostí běžícího muže – přibližně dva metry za sekundu.Může chvíli zůstat v klidu a taková "usazená" kulička syčí a hází jiskry, dokud nezmizí. Někdy se zdá, že kulový blesk je poháněn větrem, ale obvykle je jeho pohyb nezávislý na větru.

Kulové blesky jsou přitahovány do uzavřených prostor, kam pronikají otevřenými okny nebo dveřmi a někdy i malými škvírami. Trubky jsou pro ně dobrou cestou; proto ohnivé koule často vylézají z pecí v kuchyních. Po cestování po místnosti kulový blesk opouští místnost a často vychází stejnou cestou, kterou vstoupil.

Někdy blesk stoupá a klesá dvakrát nebo třikrát ve vzdálenostech od několika centimetrů do několika metrů. Současně s těmito vzestupy a pády se ohnivá koule někdy pohybuje v horizontálním směru a pak se zdá, že kulový blesk dělá skoky.

Často se kulové blesky „usazují“ na drátech, preferují nejvyšší body, nebo se valí po drátech, například podél drenážních trubek. Ohnivé koule, které se pohybují podél těl lidí, někdy pod oblečením, způsobují těžké popáleniny a dokonce i smrt. Existuje mnoho popisů případů smrtelného poškození lidí a zvířat bleskem. Tepelný blesk může způsobit velmi vážné poškození budov.

Kde udeří blesk?

Jelikož blesk je elektrický výboj tloušťkou izolantu – vzduchu, nejčastěji k němu dochází tam, kde bude vrstva vzduchu mezi mrakem a jakýmkoliv objektem na povrchu země menší. Přímá pozorování to ukazují: blesky mají tendenci udeřit do vysokých zvonic, stožárů, stromů a jiných vysokých předmětů.

Blesky se však řítí nejen k vysokým objektům.Ze dvou sousedních stejně vysokých stožárů, jednoho ze dřeva a druhého z kovu, stojících nedaleko od sebe, se na kovový vrhne blesk. Stane se tak ze dvou důvodů: Za prvé, kov vede elektřinu mnohem lépe než dřevo, i když je mokrý. Za druhé, kovový stožár je dobře spojen se zemí a elektřina ze země může proudit volněji na stožár během vývoje vůdce.

Posledně jmenovaná okolnost se široce používá k ochraně různých budov před bleskem. Čím větší je povrch kovového stožáru v kontaktu se zemí, tím snazší je, aby elektřina z mraku procházela do země.

Dá se to přirovnat k tomu, jak se proud tekutiny nalévá přes nálevku do láhve. Pokud je otvor v nálevce dostatečně velký, proud půjde přímo do láhve. Pokud je otvor v nálevce malý, začne kapalina přetékat přes okraj nálevky a vylévat na podlahu.

Blesk může udeřit i na rovný povrch země, ale zároveň se řítí tam, kde je elektrická vodivost půdy větší. Takže například mokrou hlínu nebo močál zasáhne blesk dříve než suchý písek nebo kamenitou suchou půdu. Ze stejného důvodu udeří blesky do břehů řek a potoků a dává jim přednost před vysokými, ale suchými stromy tyčícími se v jejich blízkosti.

Tato vlastnost blesku — spěchat k dobře uzemněným a dobře vodivým tělesům — se široce používá k implementaci různých ochranných zařízení.