Доклад "Шаровые молнии"

Муниципальное казённое общеобразовательное учреждение

Куйбышевского района

“Верх-Ичинская средняя общеобразовательная школа”

Тема работы: “Молния”

Выполнила: Толчина Яна, ученица 9 класса

Научный руководитель: Бурматова Зинаида Алексеевна, учитель физики

Молния

Молния - это сильный электрический разряд, который проскакивает между двумя тучами или между тучей и землей.

По образовавшемуся каналу стремительно проходит импульс электрического тока, при этом происходит выделение большого количества энергии. Быстрое нагревание вызывает резкое расширение воздуха, отчего возникает звуковая ударная волна - гром. Гром и молния - понятия неразделимые, они рождаются в пространстве одновременно.

Молния - это вид электрического разряда, происходящего обычно при грозовых бурях. Существует несколько видов молний: разряды могут происходить между грозовым облаком и землей, между двумя облаками, внутри облака, уходить из облака в чистое небо.

В принятой на сегодняшней день теории образования молний считается, что столкновения частиц в облаках приводят к появлению больших областей положительного и отрицательного зарядов.

Когда большие противоположно заряженные области подходят достаточно близко друг к другу, некоторые электроны и ионы, пробегая между ними, создают канал, по которому за ними устремляются остальные заряженные частицы – происходит молниевый разряд. Воздух разогревается до 30 тысяч градусов – в пять раз больше, чем температура поверхности Солнца.

Раскаленная среда взрывообразно расширяется и вызывает ударную волну, воспринимаемую как гром.

Многие замечают, что молния мерцает.

Оказывается, что одна молния состоит обычно из нескольких разрядов, каждый из которых длится всего несколько десятков миллионных долей секунды. Молнии между тучей и землей бывают двух типов: положительные и отрицательные. Положительные происходят только в 5% случаев, зато они более сильные. Считается, что именно положительные разряды приводят к возникновению лесных пожаров.

Если молния попадает в дерево, она буквально разрывает его изнутри, мгновенно высушивая всю влагу в древесине.

От пожаров леса спасают молниеотводы. Первый молниеотвод изобрел в 1752 году Бенджамин Франклин.

Согласно проведенным исследованием, молнии чаще ударяют в дубы, чем в деревья других пород. Чаще поражают мужчин, чем женщин. Молнии бывают разных видов, но далее речь будет идти об одном из самых интересных, с точки зрения физики, явлений природы — шаровой молнии.

Шаровой молнией принято называть светящиеся образования, по форме напоминающие шар. Это явление возникает иногда во время грозы в воздухе, чаще всего, вблизи поверхности. Всегда сопровождаясь обычной молнией, шаровая молния сильно отличается от неё и по своему поведению, и по внешнему виду. В отличие от обычной (линейной) молнии, шаровая не сопровождается громом, она практически бесшумна. С другой стороны, шаровая молния может существовать до нескольких минут, тогда как обычная молния характеризуется кратковременностью. Поведение шаровой молнии является совершенно непредсказуемым. Абсолютно невозможно предсказать направление, в котором в следующее мгновение переместится светящийся шар и чем завершится его появление (взрывом или простым исчезновением).

Познакомимся с некоторыми случаями из истории наблюдений данного явления.

Один из случаев возникновения шаровой молнии был описан М. В. Ломоносовым, который подробно исследовал на месте последствия происшедшего. Упомянутый случай произошел 26-го июля 1752 г. в Петербурге в результате неудачного эксперимента, проведенного в Физической лаборатории Петербургской Академии наук. Его проводил профессор Г. В. Рихман. Целью данного эксперимента являлось исследование влияния грозы на устройство для измерения атмосферного электрического поля, изобретенное самим профессором. Погода благоприятствовала проведению эксперимента: с утра было душно, а к середине дня сгустились тучи, началась гроза. Вместе с Рихманом в лаборатории находился его друг — гравер Академии наук.

Для того чтобы уловить молнию, измерительное устройство Рихмана было соединено с металлическим стержнем, выходящим на крышу. Когда в стержень попала молния, вблизи устройства вдруг появился светящийся голубой шар размером с кулак. Стоящий в полушаге от устройства Рихман был убит ударом прямо в лоб. Раздался громкий треск, похожий на выстрел. На гравере загорелась одежда от раскалившейся проволоки устройства. Все вышеперечисленное не оставляет никаких сомнений в том, что Рихман был убит шаровой молнией.

Описанному выше происшествию были свидетели, оказавшиеся на улице вблизи лаборатории, которые видели, как в металлический стержень на крыше попала молния. Имеется также гравюра, сделанная гравером, очевидцем трагической смерти Рихмана.

Другой случай был описан французским физиком Д’Араго, который в первой половине 19-го века собрал сведения о 30-ти случаях наблюдения шаровой молнии. Вот один из них: "После сильного удара грома в открытую дверь влетела бело-голубая шарообразная масса диаметром 40 см и начала быстро двигаться по комнате. Она подкатилась под табурет, на котором я сидел. И хотя она оказалась у моих ног, тепла я не ощутил. Затем шаровая молния притянулась к батарее и исчезла с резким шипением. Она оплавила участок батареи диаметром 6 мм, оставив лунку глубиной 2мм".

Более двухсот лет тому назад была установлена физическая природа линейной молнии, но природа шаровой молнии остаётся не выясненной до настоящего времени. Как правило, шаровая молния передвигается тихо, но может издавать звуки — шипение или жужжание, особенно если она искрит. Она всегда светится, иногда ярко,

а иногда довольно тускло.

Яркость света шаровой молнии примерно эквивалентна яркости света 100-ваттной лампочки. Цвет молнии может быть разным, но чаще всего бывает оранжевым, красноватым, либо желтым. Внутри нее непосредственно до угасания могут появляться темные области в виде нитей, пятен, каналов. Иногда на поверхности молнии начинают плясать язычки пламени, из нее выбрасываются снопы искр.

Движение шаровой молнии, несмотря на причудливость траектории, по которой оно происходит, подчинено некоторым закономерностям. Сперва, возникнув где-то вверху, в тучах, она опускается к поверхности земли. Далее она перемещается практически горизонтально земной поверхности и при этом, как правило, повторяет рельеф местности. Молния чаще всего обходит, огибает людей, как и все другие проводящие ток объекты. Она охотно проникает внутрь помещений, при этом проявляя удивительные способности в части прохождения через совершенно разные отверстия и щели, в том числе и такие, чьи размеры гораздо меньше диаметра самой молнии. К примеру, сквозь отверстие диаметром всего в несколько миллиметров может пройти молния диаметром 40 см. При проникновении сквозь малое отверстие, вещество молнии как бы переливается через отверстие, а сама она очень сильно деформируется. После прохождения сквозь отверстие молния восстанавливает свою шаровую форму, что вызывает немалое удивление.

Средний срок существования шаровой молнии колеблется в пределах примерно от 10 с до 1 мин, в зависимости от ее диаметра. Дольше всех живут молнии диаметром 10 – 40 см. Очень маленькие (диаметром порядка сантиметра и меньше) и очень большие молнии (диаметром около метра и больше) существуют меньше. Исчезновение молнии также происходит по-разному. Маленькие молнии (30% случаев) обычно угасают ("сгорают"), а большие (в 55% случаев) чаще всего после взрыва распадаются на части.

 Конечно, встреча с шаровой молнией несет в себе определенную опасность, и этому есть немало подтверждений. Однако чаще всего этот тип молнии не приносит никакого ущерба для жизни или здоровья свидетелей происшествия. Как показал проведенный опрос, лишь пять из полутора тысяч случаев, описанных в письмах, закончились смертельным исходом.

Как правило, шаровая молния проходит мимо проводящих объектов, в том числе и мимо человека. Температура на поверхности молнии примерно равна обычной комнатной температуре, а если и превышает ее, то ненамного (не более чем на 100 К). Это следует из того, что некоторые случаи контакта с молнией не приводили ни к каким травмам. В других случаях прикосновение давало ожоги, хотя и болезненные, но далеко не смертельные. Внутри шаровой молнии температура выше, чем на ее поверхности, однако скорее всего она не превышает 300 – 400 °С.

Как следует из вышесказанного, не стоит преувеличивать опасность, которую несет в себе шаровая молния. Практика показывает, что линейная молния является гораздо более опасным природным явлением.

 Как правило, шаровая молния возникает во время грозы. Об этом говорят более 90% известных случаев. Однако не исключена вероятность появления шаровой молнии в ясную погоду, и отдельные сообщения подтверждают это. По разным предположениям, она может появиться за счет энергии разряда обычной молнии, подводящейся к розетке, либо телефонному аппарату по проводам, подключенным к ним.

 Считается, что шаровая молния — это достаточно редкое природное явление, поскольку имеется не так уж много случаев ее наблюдения. Но не следует путать частоту ее наблюдений с частотой появлений, и делать вывод о том, что шаровая молния редко возникает.

Согласно одной гипотезе, шаровая и линейная молнии появляются с примерно одинаковой частотой. Обычная молния ярко вспыхивает, благодаря чему хорошо заметна за километры и даже десятки километров; и, кроме того, всегда сопровождается раскатами грома. Шаровая молния, конечно, далеко не так заметна, так как она движется практически бесшумно, и представляет собой сравнительно небольшой светящийся шар, яркостью примерно как 50-ваттная лампочка. Увидеть его можно на небольшом расстоянии. Шаровую молнию наблюдают, в основном, недалеко от земной поверхности (на высоте от метра до десятков метров), поэтому она легко может скрыться за теми или иными объектами.

Предположим, что шаровая молния действительно возникает в месте удара обычной молнии, которое редко можно наблюдать в непосредственной близости. Считается, что шаровая молния чаще всего заканчивает своё существование взрывом (как уже упоминалось, в 55% случаев). Однако эти 55% относятся к случаям наблюдения, а не случаям появления. Можно предположить, что молния значительно чаще заканчивает своё существование спокойно, без взрыва, ведь при этом мы просто можем ее не заметить.

Наблюдатель сможет увидеть лишь те шаровые молнии, которые либо приблизились к нему, либо случайно возникли около него. Но вряд ли кто-то сможет разглядеть небольшой светящийся шарик на расстоянии в несколько километров. Итак, вполне возможно, что шаровая молния — не такое уж редкое явление. Конечно, это всего лишь предположение. В настоящее время мы не можем его подтвердить, однако у нас нет оснований его отбросить.

Шаровая молния непредсказуема и таит в себе множество загадок. Это явление до конца не изучено, но активно изучается. На сегодняшний день ясно, что шаровая молния — просто красочное атмосферное явление, проявление атмосферного электричества, и для его объяснения не потребуется привлечение каких-либо кардинально новых физических концепций. Основной камень преткновения в этих исследованиях — отсутствие надёжной методики воспроизводимого получения шаровой молнии в управляемых, лабораторных условиях. Если бы это было достигнуто, задача была бы практически решена. Поныне в экспериментах удавалось получить нечто, лишь отдалённо схожее с шаровой молнией. И, изучая этот феномен, экспериментаторы пока не могут сказать, изучают ли они саму шаровую молнию или какое-то другое явление. Такое состояние дел в эксперименте и позволяет теоретикам выдвигать совершенно разные, а иногда и самые фантастические предположения и гипотезы о сущности шаровой молнии.

Литература

1. Тарасов Л. В. Физика в природе. М.: Просвещение, 1988;

2. Материалы с сайта http://www.n-t.org/;

3. Физический энциклопедический словарь;

4. Журнал “Попурри”, №8, 2004 г.