Линейные молнии, методы её исследования

стадия отсутствует. Она наблюдается только у последующих  компонентов, которые стартуют уже от облака и движутся к земле, ничем не отличаясь от последующих компонентов нисходящих молний.

В научном плане  большой интерес представляет главная  стадия межоблачных молний. На то что  она существует, указывают раскаты  грома, не менее громкие, чем при разрядах в землю. Ясно, что лидер межоблачной молнии стартует где-то в объеме одной заряженной области грозового облака (грозовой ячейке) и движется в направлении другой, противоположного знака. Заряженные области в облаке никак нельзя представлять в виде каких-то проводящих тел, подобных пластинам высоковольтного конденсатора, ибо заряды там распределены по объему радиусом в сотни метров и располагаются на малых каплях воды и кристалликах льда (гидрометеорах), не контактирующих друг с другом. Возникновение же главной стадии по своей физической сути необходимо предполагает контакт лидера молнии с высокопроводящим телом большой электрической емкости, сопоставимой или большей емкости лидера. Надо полагать при межоблачном разряде молнии в роли такого тела выступает одновременно возникший какой-либо другой плазменный канал, контактирующий затем с первым.

В измерениях у  поверхности земли импульс тока главной стадии снижается по половины амплитудного значения в среднем примерно за 10^-4 с. Разброс этого параметра очень велик — отклонения от среднего в каждую сторону достигают почти порядка величины. Импульсы тока положительных молний, как правило, длительнее отрицательных, а импульсы первых компонентов длятся дольше последующих.

После главной  стадии по каналу молнии в течение сотых, а иногда и десятых долей секунды может протекать слабо меняющийся ток порядка 100 А. В этой финальной стадии непрерывного тока канал молнии сохраняет свое проводящее состояние, а его температура удерживается на уровне дуговых. Стадия непрерывного тока может следовать за каждым компонентом молнии, в том числе и за первым компонентом восходящей молнии, у которой нет главной стадии. Иногда на фоне непрерывного тока

наблюдаются всплески тока длительностью порядка 10^-3 с и амплитудой до 1 кА. Они сопровождаются увеличением яркости свечения канала.  

5. Линейные молнии 

 Распространенная линейная молния, с которой многократно встречается любой человек, имеет вид разветвляющейся линии. величина силы тока в канале линейной молнии составляет в среднем 60 - 170 кА, зарегистрирована молния с током 290 кА. средняя молния несет энергию 250 кВт/час (900 Мдж). энергия, в основном, реализуется в виде световой, тепловой и звуковой энергий.

   Разряд развивается за несколько тысячных долей секунды; при столь высоких токах воздух в зоне канала молнии практически мгновенно разогревается до температуры 30 000-33 000° С. в результате резко повышается давление, воздух расширяется - возникает ударная волна, сопровождающаяся звуковым импульсом - громом.

   Перед и во время грозы изредка в темное время на вершинах высоких заостренных объектов (макушках деревьев, мачтах, вершинах острых скал в горах, крестах церквей, молниеотводах, иногда в горах у людей на голове, поднятой руке или у животных) можно наблюдать свечение, получившее название «огни святого Эльма». Это название дано в древности моряками, наблюдавшими свечение на вершинах мачт парусников. Свечение возникает из-за того, что на высоких заостренных предметах напряженность электрического поля, создаваемого статическим электрическим зарядом облака, особенно высока; в результате начинается ионизация воздуха, возникает тлеющий разряд и появляются красноватые языки свечения, временами укорачивающиеся и опять удлиняющиеся. не следует пытаться тушить эти огни, т.к. горения нет. при высокой напряженности электрического поля может появиться пучок светящихся нитей - коронный разряд, который сопровождается шипением. линейная молния также изредка может возникнуть и при отсутствии грозовых облаков. не случайно возникла поговорка - «гром среди ясного неба». 
 
 

Линейные  молнии 
 

                   6.Физические процессы при разряде молний.     

 Молнии стартуют не только от облака к земле, или от заземленного объекта к облаку,  но и от изолированных от земли тел (самолетов, ракет и др.).  Попыткам прояснить механизмы перечисленных процессов мало помогают экспериментальные данные, относящиеся к самой молнии.  Наблюдений, которые проливали бы свет именно на физическое существо явлений, почти нет. Поэтому приходится строить умозрительные схемы, активно привлекая результаты эксперимента и теории длинной лабораторной искры. Молния очень интересна своим физическим началом, но наиболее важно подробно рассмотреть главную стадию молнии  

Главная стадия, или процесс разряда  канала молнии, начинается с момента перекрытия промежутка между облаком и землей нисходящим лидером. Коснувшись земли или заземленного объекта, лидерный канал (для определенности пусть это будет отрицательный лидер) должен приобрести их нулевой потенциал, поскольку емкость земли «бесконечна». Нулевой потенциал приобретает и канал восходящего лидера, который является продолжением своего «близнеца»  нисходящего. Заземление лидерного канала, несущего высокий потенциал,  сопровождается сильным изменением распределенного вдоль него заряда.  Перед началом главной стадии вдоль канала был распределен заряд τ₀= C₀ [U_i — U₀ (х)] . Здесь и в дальнейшем принесенный к земле, «начальный» для главной стадии потенциал обозначаем Ui. По-прежнему считаем его постоянным по длине обоих лидеров, игнорируя мало значащее для наших  целей падение напряжения вдоль канала. Допустим, что в ходе главной стадии, как и в лидерной, канал можно характеризовать погонной емкостью Со, которая не меняется ни по его длине, ни во времени. Когда весь канал приобретает нулевой потенциал (U = 0), погонный заряд становится равным τ₁= —CоUо(x). Часть канала, принадлежащая отрицательному нисходящему лидеру, не просто теряет свой отрицательный заряд, но приобретает положительный (Uо < 0, то τ_о< 0, τ₁> 0). Она не только разряжается, но и перезаряжается. Канал сопряженного положительного восходящего лидера высоко в облаке заряжается положительным зарядом еще сильнее (см рис.). Изменение погонного заряда за время главной стадии ∆τ = τ-τ_о= —С_оU_i. При U_i (х) = const изменение заряда одинаково по всей длине канала. Оно такое, как будто полностью разряжается длинный проводник (длинная линия), предварительно заряженный до напряжения  Ui.

        Измерения у земли показывают, что канал нисходящего лидера разряжается очень сильным током. В случае отрицательных молний импульс тока главной стадии с амплитудой IM ~ 10—100 кА длится 50-100 мкс по уровню 0,5. В течение примерно такого же времени вверх по каналу бежит хорошо видимый на фоторазвертках короткий яркий участок—головка главного канала. Скорость его v_r ≈(1-0,5)с всего лишь в несколько раз меньше скорости света. Это естественно интерпретировать как распространение по каналу волны разряда, т.е. волны уменьшения потенциала и возникновения сильного тока. В области фронта волны, где потенциал резко падает по величине от U_i и формируется сильный ток, вследствие интенсивного энергии выделения бывший лидерный канал разогревается до высокой температуры (по измерениям — до 30-35 кК). Потому фронт волны так ярко светится. Позади него канал, расширяясь, остывает и, теряя энергию на излучение, светится слабее. У процесса главной стадии имеется много общего с разрядом обычной длинной линии, образованной металлическим проводником.

  Разряд линии также имеет волновой характер, и этот процесс послужил прототипом при формировании представлений о главной стадии молнии. Канал молнии разряжается много скорее, чем он заряжался во время своего роста со скоростью лидеров v_l 10^-3-10^-2)v_r. Но изменения потенциала и погонного заряда в ходе заряжения и разряда — величины одного порядка: τ_o=∆t. Соответственно скорости канал разряжается в v_t/v_l ~ 10² —-10³ раз более сильным током i_M ~ ∆tv_r нежели лидерный i_L ~ t₀V_L ~ 100 А. Во столько же раз ориентировочно уменьшается и погонное сопротивление канала R₀ при переходе от лидерной стадии к главной. Причиной уменьшения сопротивления является нагрев канала при прохождении сильного тока, от чего возрастает проводимость плазмы. Сравнимы, следовательно, и сопротивления канала и стримерной зоны, по которым идет один и тот же ток. Значит, в единице длины лидерного канала диссипируется такая же по порядку величины энергия и она выражается через параметры лидера

Это дает Получается также, что среднее электрическое поле в канале лидера и за волной разряда в уже преобразованном канале одного порядка. Это согласуется с аналогичным заключением, которое можно сделать, рассматривая непосредственным образом установившиеся состояния в каналах лидерной и главной стадий молнии. Ситуация там подобна той, что имеет место в стационарной дуге. Но в сильноточных дугах поле в канале самом деле слабо зависит от тока. Из сказанного вытекает, что если в лидере и , то в установившемся состоянии за фронтом волны главной стадии должно быть , а полное омическое сопротивление всего канала молнии длиной в несколько километров оказывается порядка 102 Ом. Это сравнимо с волновым сопротивлением идеально проводящей длинной линии в воздухе Z, тогда как для лидерного канала той же длины полное сопротивление на 2 порядка больше Z. Соотношение между омическим сопротивлением участка линии, пройденного волной, и волновым сопротивлением характеризует степень затухания волны при распространении вдоль линии Если бы сопротивление канала не менялось, оставаясь на уровне лидерного, волна разряда канала молнии затухала бы и расплывалась, не пройдя и небольшой доли канала. Слишком быстро затухал бы и ток через точку замыкания канала на землю. Опыт говорит об обратном: видимая светящаяся головка имеет резкий фронт, и большой ток у земли регистрируется в течение всего времени ее подъема. Преобразование лидерного канала во время прохождения волны, приводящее к резкому уменьшения его погонного сопротивления, определяет весь ход процесса главной стадии молнии. 
 
 
 

7. Опасные факторы воздействия молнии.

  В связи с тем, что молния характеризуется большими величинами токов, напряжений и температур разряда, воздействие молнии на человека, как правило, завершается очень тяжелыми последствиями — обычно смертью. от удара молнии в мире в среднем ежегодно погибает около 3 000 человек, причем известны случаи одновременного поражения нескольких человек. 

   Разряд молнии проходит по пути наименьшего электрического сопротивления. так как между высоким объектом и грозовым облаком расстояние, а следовательно, и электрическое сопротивление, меньше, то молния, как правило, ударяет в высокие объекты, но не обязательно. например, если расположить рядом две мачты - металлическую и более высокую деревянную, то молния скорее всего ударит в металлическую мачту, хотя она ниже, потому что электропроводимость металла выше. молния также значительно чаще ударяет в глинистые и влажные участки, чем в сухие и песчаные, т.к. первые обладают большей электропроводностью.

Например, в лесу молния действует тоже избирательно. Дерево при ударе молнии расщепляется. механизм этого следующий: древесный сок и влага на участке прохождения разряда мгновенно испаряются и расширяются, при этом создаются огромные давления,

которые и разрывают  древесину. Аналогичный эффект, сопровождающийся разлетом щепок, может иметь место при ударе молнии в стену деревянного строения. поэтому нахождение под высоким деревом во время грозы опасно.  
 
 
 

    Опасно  находиться во время грозы  на воде или вблизи нее, т.к.  вода и участки земли у воды  имеют большую электропроводность. в то же время нахождение во время грозы внутри железобетонных зданий, металлических строений (например, металлических гаражей) безопасно для человека.

   Кроме  поражения людей и животных  линейная молния довольно часто  является причиной возникновения лесных пожаров, а также жилых и производственных зданий, особенно в сельской местности. 

   Во время грозы находиться в городе менее опасно, чем на открытой местности, так как стальные конструкции и высокие здания хорошо выполняют функцию молниеотводов.

   Полностью или частично закрытая электропроводная поверхность образует так называемую «камеру фарадея» внутри которой не может образоваться сколько-нибудь значительный и опасный для человека потенциал. поэтому пассажиры внутри автомобиля с цельнометаллическим кузовом, трамвая, троллейбуса, вагона поезда находятся во время грозы в безопасности, пока не выйдут наружу или не начнут открывать окна.

  Молния может  ударить в самолет, но так  как современные самолеты является  цельнометаллическими, пассажиры достаточно надежно защищены от поражения разрядом.

статистика показывает, что на 5000-10000 летных часов приходится один удар молнии в самолет, к счастью, почти все поврежденные самолеты продолжают полет. среди различных  причин авиакатастроф, таких, как оледенение, ливень, туман, снег, буря, смерч, молния занимает последнее место, но все равно полеты самолетов во время грозы запрещаются. 

 В известную  всему миру Эйфелеву башню в Париже при грозе молнии ударяют почти всегда, но для находящихся на смотровой площадке людей это не представляет опасности, т.к. ажурная металлическая решетка башни образует камеру фарадея, являющуюся великолепной защитой от поражения электрической молнией. 

  Признаком того, что вы находитесь  в электрическом поле, могут послужить вставшие дыбом волосы, которые начнут издавать легкое потрескивание. Но это только сухие волосы.

  Если молния вас задела, но  вы еще в состоянии думать, следует как можно скорее обратиться  к врачу. Медики полагают, что  человек, выживший после удара молнии, даже не получив сильных ожогов головы и тела, впоследствии может получить осложнения в виде отклонений в сердечно-сосудистой и невралгической деятельности от нормы. 
 
 

Молния  ударяет в Эйфелеву башню, фотография 1902 г. 
 
 
 

8.Как часто поражает молния? 
 
 

   Удары молнии в наземные сооружения. Из повседневного опыта известно, что чаще всего молния ударяет в высокие сооружения, особенно в те, что главенствуют над окружающей местностью. На равнине большинство ударов приходится в отдельно стоящие мачты, башни, дымовые трубы и т.п. В горной местности часто страдают и невысокие сооружения, если они стоят на отдельных высоких холмах или на вершине горы. На житейском уровне объяснение тому простое: электрическому разряду, каковым является молния, легче перекрыть более короткое расстояние до возвышающегося объекта. Так, в мачту высотой 30 м в среднем по Европе приходится 0,1 удар молнии за год (одно поражение за 10 лет), тогда как для уединенного стометрового объекта их почти в 10 раз больше. При более внимательном отношении столь резкая зависимость числа ударов от высоты уже не кажется тривиальной. Средняя высота точки старта нисходящей молнии около 3 км и даже 100 метровая высота—лишь 3 % расстояния между облаком и землей. Случайные искривления меняют полную длину траектории в десятки раз сильнее. Приходится допустить, что конечная приземная стадия развития молнии отличается какими-то особыми процессами, которые достаточно жестко предопределяют последний участок пути. Эти процессы приводят к ориентировке нисходящего лидера, его притяжению к высоким объектам.