Гроза и молния: что об этом обязательно нужно знать

Молния — электрический разряд

В 1752 году известный американский ученый и политический деятель Бенджамин Франклин доказал, что молния является ни чем иным, как электрической искрой.

Летом в Филадельфии 45-летний Франклин со своим сыном запускали бумажного змея, к концу шелковой нити которого привязывали тяжелый железный ключ от садовой калитки. Когда приблизилось грозовое облако, Франклин поднес палец к ключу и между ними проскочила искра.

Он почувствовал легкий удар. Это было для него, пожалуй, самым приятным ощущением. Он дождался желанного подтверждения своей догадки. Можно сказать, что ему очень повезло, так как нескольких человек, пускавших змея во время грозы при других обстоятельствах, убило молнией.

Открытие Франклина было настоящей сенсацией. Он доказал, что грозовые облака имеют электрический заряд и что молния — это электрический разряд между облаком и Землей.

Для неискушенного обывателя, которому посчастливилось ни разу за свою жизнь не попасть под удар молнии, грозовой разряд представляется всего лишь вспышкой света и раскатами грома. На самом же деле молния — это достаточно сложное природное явление.

Сначала из облака стремительно как-бы падает вниз на землю «лидер» . Лидером называется стартовая часть разряда молнии. Пройдя порядка сотни метров, лидер замедляется, чтобы накопить энергию, набрать заряд, затем он движется дальше, сворачивает от пространства с воздухом большего сопротивления — туда где сопротивление меньше, минует следующие стадии, и в конце концов проходит весь путь, который может достигать десятков километров.

Продвигаясь все ближе к земле, и находясь уже на расстоянии в несколько десятков метров от ее поверхности, лидер вызывает на себя встречный (индуцированный) электрический разряд противоположного знака из какой-нибудь естественной или искусственной возвышенности.

Данный встречный разряд соединяется с лидером, и в этот то момент образуется проводящий токовый ствол линейной молнии, по которому прямой и обратный движущиеся заряды формируют ток силой в десятки и сотни тысяч ампер . А ведь с виду это всего лишь вспышка, существующая в случае линейной молнии какую-то тысячную долю секунды. А если молния проживет десятую долю секунды — такая молния может считаться молнией — долгожительницей.

Что такое гроза

Это сложный атмосферный процесс, сопровождаемый электрическими разрядами — молниями, которые вызывают гром. При грозе происходит конденсационный атмосферный процесс — осаждение водяного пара на конденсационных ядрах и образование капель.

Иногда это совокупность метеорологических явлений — воздушные течения, ветер, дождь, снег, град — при возникновении больших электрических напряжений в атмосфере и их выравнивание с помощью разрядов — молний.

Возникновение грозы обусловлено образованием кучево-дождевых облаков. Мощная облачность является следствием значительной неустойчивости атмосферы, при которой возникают гигантские и быстрые восходящие токи воздуха с образованием в них облаков.

Для грозы характерны шквальный ветер у земной поверхности, а часто и интенсивный дождь (снег), связанные иногда с градом. Примерно за час или два перед грозой атмосферное давление начинает быстро падать, вплоть до внезапного усиления ветра, затем опять повышается.

Куда и почему попадает молния

Но как молния выбирает место, в которое ей лучше ударить? Дело в том, что когда лидер молнии приближается к поверхности земли, непосредственно на поверхности земли, в месте под лидером, усиливается напряженность электрического поля, и стремительно накапливается индуцированный электрический заряд .

Наконец, в том месте где индуцированного заряда накопилось больше всего, и где напряженность электрического поля оказалась выше — там и наступает критический момент — происходит пробой воздуха .

Обычно пробой происходит в возвышающийся над поверхностью земли предмет, поскольку у острия или выступа заряда накапливается больше всего. Так принято считать. Однако лидер молнии движется очень быстро, прежде всего выбирая участок с более высокой электропроводностью, меньшего электрического сопротивления.

Влажная почва в месте залегания металлических руд имеет большую электропроводность по сравнению, скажем, с сухим песком, обладающим плохой проводимостью, препятствующей продвижению индуцированного заряда в сторону лидера. Поэтому высокий песчаный холм молния может обойти, выбрав вместо него ручеек, обильно увлажняющий низину. В такие моменты кажется что молния выбрала место для удара ниже чем следовало бы.

Чтобы понизить вероятность попадания молнии прямо в здание, в вышку или в линию электропередач, данные сооружения оснащают специальными защитными средствами — молниеотводами .

Молниеотводы представляют собой заземленные металлические штыри, установленные вертикально и заостренные сверху. Заземление штыря выполняется очень качественно, с помощью металлических листов большой площади, которые закапываются в землю на уровне, где всегда имеется достаточная влажность.

Допустим, молниеотвод имеет высоту h1, тогда он надежно защитит объекты, находящиеся внутри конуса с углом образующей альфа и радиусом основания ОС. Это означает, что почти 100% молний обречены попасть в область вершины конуса, в точку А, и лишь менее 1% молний могут случайно ударить в объект, находящийся внутри защищаемого объема. И то если грозовое облако окажется в данной области.

У острия молниеотвода электрическое поле имеет наивысшую напряженность и именно из него прежде всего вырвется навстречу лидеру индуцированный разряд, направляя молнию по безопасному для нас пути. Практически статистика говорит нам о том, что оснащенное таким образом пространство защищено от попадания туда молнии лет на 200.

Как узнать расстояние до молнии

Кстати, раскаты грома добираются до нас от молнии издалека, поэтому иногда звук грома как-бы приглушенный, а иногда — наоборот, прорывает оглушительным треском, если гроза в самом разгаре. Это очень просто объясняется. Свет от вспышки молнии распространяется по воздуху со скоростью 299792 километра в секунду, поэтому молнию мы видим всегда сразу.

А вот звук от нее распространяется медленнее, поэтому гром мы слышим намного позже вспышки, лишь некоторое время спустя. Так как за 3 секунды звук проходит примерно 1 километр , то посчитав время между вспышкой молнии и началом звука грома, можно прикинуть, на каком расстоянии произошел разряд или практически — на каком расстоянии находится грозовая туча.

Засеките время в секундах между вспышкой молнии и началом звука грома, затем разделите его на 3, так вы получите приблизительное расстояние в километрах от вас до места разряда молнии, гром от которой грохочет.

Опасность молнии

Молния, конечно, опасна для человека. Ток даже в 60 миллиампер уже может оказаться смертельным, если он, не дай бог, пройдет чрез мозг или сердце. Вот почему попадание молнии прямо в человеческое тело смертельно опасно. Но даже если молния ударит в землю или в объект находящийся рядом с человеком, это тоже опасно.

Токи, текущие по земле в момент попадания в нее молнии, создадут падение напряжения, особенно на определенном участке земли. В итоге даже между точками поверхности земли, находящимися на расстоянии метра друг от друга, может возникнуть разность потенциалов в сотни и тысячи вольт — так называемое шаговое напряжение , поскольку размера шага будет достаточно.

Если ноги в момент удара молнии окажутся расставлены широко, ток пройдет через человеческое тело по его ногам, при этом сопротивление кожи ног и подошвы определят величину данного тока. Ладно если на ногах будут надеты резиновые сапоги, тогда все может обойтись легким испугом. А если босиком? Тогда и 20 вольт могут убить.

Неприятно одно только ощущение, когда находясь недалеко от места удара молнии, человек чувствует движущийся по его телу индуцированный заряд.

И мы сказали только о линейных молниях, не говоря уже о шаровых, которые могут порой возникать и быстро плавать в воздухе. Светящиеся электрические шары (плазма) достигающие 200 мм в диаметре могут быть очень опасными.

Давайте теперь поговорим о правилах поведения во время грозы, чтобы ни в коем случае не попасть под удар молнии.

Техника безопасности во время грозы

• Если вы находитесь дома, то закройте все окна и двери, а также дымоход, если у вас имеется печь. Хорошо если жилое здание оборудовано молниеотводом. Сельские дома часто имеют на крышах антенны, которые нужно заземлить, а про телефонные разговоры на время грозы лучше вообще забыть.

• Находясь вне дома, не вздумайте купаться во время грозы. Помните, что вода естественных водоемов является хорошим проводником, особенно для электрических разрядов.

• Не стоит прятаться от грозы возле одиноко стоящего дерева, ведь именно верхушки одиноко стоящих деревьев во время грозы очень наэлектризованы и буквально привлекают к себе молнии. Иногда можно заметить как верхушки деревьев светятся от электрического напряжения и ионизации во время приближения грозы.

• Аналогичным образом ведут себя стога сена, столбы и другие выступающие над землей предметы. Если вы находитесь в лесу, то предпочтите для укрытия более низкое дерево или куст, стараясь, однако, как можно внимательнее избегать соприкосновения с ним.

• Босиком в грозу лучше не ходить, и тем более не ложиться на землю, помните о шаговом напряжении. Когда идете в грозу по земле, шаг пусть будет не очень размашистым, ставьте ноги не далеко друг от друга.

• Если гроза застала вас на природе, избегайте возвышенностей, а в горах выбирайте для укрытия середину ущелья. Перебегая с места на место помните, что время между разрядами молнии обычно составляет около 10 секунд. В степи для укрытия лучше воспользоваться какой-нибудь пленкой или плащом, и просто переждать грозу.

• Если же вы в лодке далеко от берега, например рыбачите, то вам стоит укрыться прямо в ней и переждать грозу, вероятность поражения молнией в этом случае почти нулевая.

Правила поведения с шаровой молнией

А как же быть, если вам «повезло» и встретилась шаровая молния ? Не стоит от нее бежать, так как поток воздуха просто потянет шаровую молнию за вами. Спокойно и медленно отойдите от шаровой молнии подальше, внимательно следите за ней, не поворачивайтесь к ней спиной.

Шаровая молния движется вместе с потоком воздуха, поэтому перейдите на ту сторону от нее, откуда ветер будет шаровую молнию от вас отдувать. Если дело происходит в комнате, то избегайте сквозняка, не стойте между окном, дверью и дымоходом, ведь именно по этому пути вероятнее всего шаровая молния будет двигаться.

Не пытайтесь поймать шаровую молнию руками, во-первых, она очень горячая, во-вторых, вы рискуете уничтожить ее вместо того чтобы использовать эту возможность и понаблюдать редкое явление природы. Не нужно пытаться трогать шаровую молнию палкой или еще чем-нибудь. Если же вы растерялись, то просто спрячьтесь подальше и дождитесь пока шаровая молния «разрядится» или покинет помещение.

Если молния, независимо от ее вида, линейная или шаровая, поразила человека, и вы стали свидетелем этого, то необходимо перенести пострадавшего в теплое сухое проветриваемое помещение, накрыть его одеялом, и в случае необходимости оказать первые реанимационные мероприятия. Срочно вызовите скорую помощь и сообщите о случившемся!

Молниезащита и защита от импульсов перенапряжения

Актуальность проблемы защиты от перенапряжения и молниезащиты в последнее время у многих уже не вызывает сомнения. Однако, ощущается острая нехватка информации в данной области, недостаток теоретических знаний, методик расчета, т.е. непонятно, каким образом и при помощи каких конструктивов, элементов и устройств защитить задание, оборудование и людей внутри здания от разрушающих факторов и опасных последствий удара молнии и импульсов перенапряжения различной природы.

Нормативная база в области молниезащиты зданий и сооружений также порождает больше вопросов, чем дает ответов, хотя ведущие российские ученые ведут работу по изменению данной ситуации. В данной статье речь пойдет о методике выбора устройства защиты от импульсов перенапряжения (УЗИП), области их применения, местах установки и правилах эксплуатации: Ограничители перенапряжения в домашней электропроводке — виды и схемы подключения

, редактор Электрик Инфо