Анатомия грома

Автор: Zeke · Дата: 22 октября 2010 · Прокомментировать

Анатомия грома

За очевидным и простым утверждением “гром появляется как следствие электрического разряда огромной силы, как следствие молнии” стоит немало очень интересных подробностей. Причем подробностей далеко не очевидных, для их выяснения потребовались кропотливые исследования и немало времени. Достаточно сказать, что даже преуспевающая физика начала нашего века не могла однозначно ответить на такой, казалось бы, простой вопрос: каков конкретный механизм генерирования звуковых волн при разряде молнии, как устроен сверхмощный громкоговоритель грозы? В то время обсуждались четыре возможных механизма, так сказать, громообразования, вот короткое изложение их сущности:
гром возникает из-за того, что в области шнура молнии образуется вакуум, в него затем устремляется воздух, и тем самым создается звуковая волна;
водяные капли, нагретые самой молнией, то есть сильнейшим электрическим током, превращаются в пар, и его расширение создает мощную звуковую волну;
под действием молнии происходит электролиз воды, ее разложение на водород и кислород, то есть образуется гремучий газ, который затем взрывается, сильно сотрясая воздух;
воздух имеет определенное электрическое сопротивление, и, проходя по нему, молния, как и любой электрический ток, выделяет тепло в полном соответствии с законом Джоуля — Ленца (Q = 0,24 I2 х R х t); поскольку ток очень силен, то и тепла выделяется много, нагреваясь, воздух быстро расширяется и гонит впереди себя звуковую волну.
Теперь известно, что возникновение грома в основном связано именно с этим последним процессом — резким увеличением температуры (до 30 тысяч градусов) и давления (в 10—100 раз больше атмосферного) в канале молнии. Но и три остальных процесса тоже происходят при грозовом разряде, это подтверждено экспериментально. В частности, линии кислорода и водорода обнаруживаются при изучении спектра молнии.
Само возникновение звуковой волны при резком расширении воздуха — процесс многоступенчатый. Во всяком случае, в нем явно выделяются два этапа. Сначала расширяющийся воздух создает ударную волну — частицы воздуха расходятся от места «взрыва» со сверхзвуковой скоростью, но такое движение еще не есть звук. Ударная волна сжимает и нагревает воздух и в итоге достаточно быстро растрачивает свою энергию на различные физические эффекты, в том числе и на генерирование звуковых волн. К счастью, этот процесс характеризуется сравнительно низким коэффициентом полезного действия — только 1% энергии ударной волны расходуется на генерирование звука, остальная энергия в основном уходит на нагревание воздуха вблизи канала молнии. Можно представить себе, какой безумный грохот стоял бы во время грозы, если бы звук генерировался с более высоким кпд, если бы ему, например, доставалась половина или даже четверть энергии ударной волны.
Ударной волне удается уйти от огненного шнура молнии не более чем на метр, а звуковые волны зарождаются еще дальше от шнура, где-то на расстоянии от 1 метра до 5—8 метров.
Сам процесс громообразования и важнейшие характеристики звука, в частности его основная частота, основной тон, зависят от первопричины — от разряда молнии, от его энергии, а также от атмосферного давления в районе разряда: чем больше мощность разряда и чем ниже давление, тем грубее голос грома, тем меньше его основная, частота. Так что сравнительно высокий, резковатый тон грома говорит о том, что он рожден не самой мощной молнией. Чаще всего основная звуковая частота грома — 60 герц. Это чуть выше, чем гудение плохо стянутого трансформатора или дросселей у ламп дневного света; примерно такую частоту можно получить, ударив по девятой слева рояльной клавише, которой соответствует «си» контроктавы. Но основной тон грома, конечно, окрашен многими более высокочастотными и более низкочастотными звуками так же, например, как звучание барабана.
Основная мелодия грома — его перекаты, периодические всплески и затухания зависят, главным образом от геометрии молнии. Начало молнии дает накопление электрического заряда в облаках, их сильнейшая электризация. Еще и сегодня нет единого мнения, и существует несколько гипотез по поводу механизма электризации облаков. Согласно одной из них, электризация происходит в результате соприкосновения мельчайших частиц льда, которые входят в состав облака и могут несколько различаться по температуре. При таком соприкосновении на более холодных микрольдинках появляется отрицательный электрический заряд, а на сравнительно теплых — положительный. И в итоге области облака, имеющие разную температуру, оказываются также обладателями значительных электрических зарядов разного знака.
Согласно другой теории, электризация связана с соударениями твердых частиц (льдинок) или жидких (капелек). Соударения эти происходят при движении частиц в начальном электрическом поле облака, которое затем усиливается скоплением самих заряженных частиц. Есть также теория, утверждающая, что электризация облака происходит под влиянием электрического заряда прилегающих к земле слоев атмосферы. Слои эти всегда несут положительный электрический заряд, он притягивает отрицательно заряженные льдинки и капельки, которые входят в состав облака, и в итоге облако поляризуется — в его нижней части накапливается достаточно большой отрицательный заряд, в верхней — положительный.
Суммарный заряд, накопленный облаком,— это обычно 30—50 кулонов, величина сама по себе не очень большая... Такой заряд, например, проходит по нити лампочки карманного фонаря примерно за 3 минуты (180 секунд) —ток лампочки обычно 0,15— 0,25 ампера, а 1 ампер, как известно, соответствует прохождению через какой-либо контрольный пункт, через поперечное сечение проводника заряда в 1 кулон за 1 секунду. Здесь, кстати, уместно обратить внимание на первое отличие молнии от сравнительно спокойных токов в наших домашних электрических цепях — заряд в 30—50 кулонов, накопившийся в облаке, проходит по стволу молнии не за минуту, не за секунду, а за миллионные доли секунды (микросекунды), и поэтому ток молнии — это десятки и сотни тысяч ампер. Второе отличие в том, что ток в стволе молнии, само движение зарядов, создается электродвижущей силой в сотни миллионов вольт. А электродвижущая сила (напряжение) на равных с током входит в формулу, для подсчета работы, выполняемой электричеством и его мощности. И не трудно подсчитать, что мощность молнии – это многие миллионы киловатт.

К слову. Нужен хороший ноутбук? Есть место где можно найти такой ноутбук Брест — тот город, где он продается. Так что для жителей Бреста появилось неплохое место, где искать ноутбуки.

Рубрика: Необъяснимые явления ·  

загрузка...


Оставить комментарий или два