Как молния находит молниеотвод среди множества других привлекательных целей?

Наука и жизньНаука

Как молния выбирает цель

Кандидат физико-математических наук Алексей Понятов

Фото: KillamarshianUK /flickr.com/ CC BY 2.0

По современным спутниковым наблюдениям в год на Земле возникает примерно 1,4 миллиарда молний, четверть из которых бьют в землю. И хотя чаще всего молнии встречаются в тропиках, в наших краях они тоже нередки. Сверкающие, часто ветвящиеся ослепительные линии молний не только грандиозное зрелище, но и очень опасное явление, ведь сила тока в канале молнии в среднем составляет 30 000 ампер, а в максимуме до 200 000 ампер (для сравнения: в мощном электрическом чайнике ток около 10 ампер). Воздух вокруг молнии быстро разогревается до 30 000°C. И хотя вспышки молнии кратковременны, в них успевает выделиться до 7 гигаджоулей энергии. Такого её количества достаточно, чтобы вскипятить почти 20 тонн воды.

Совершенно очевидно, что удар молнии может вывести из строя или даже уничтожить, например сжечь, объекты, в которые она попадает. Поэтому их защита от молний — важная задача. В простейшем случае для этого используют молниеотвод, представляющий собой металлический штырь, соединённый с землёй проводом (заземлённый). Некоторые люди до сих пор называют его устаревшим словом громоотвод. Связано это с тем, что долгое время громом называли саму молнию или грозовой разряд. Недаром богов Зевса и Перуна именовали громовержцами, а, скажем, Н. В. Гоголь в повести «Тарас Бульба» писал про дерево, «вершину которого разбило громом». Но в настоящее время так называют только звук, возникающий при ударе молнии, поэтому использовать слово громоотвод неверно.

Распределение зарядов в грозовом облаке и формирование отрицательного канала — ступенчатого лидера в направлении земли. Навстречу ему тянется стример положительного заряда. Изображение: NOAA (с изменениями)

В детстве меня всегда интересовало, а как молния находит молниеотвод среди множества других привлекательных целей? И вообще, как она выбирает объект, по которому ударит? Поискав ответы на вопрос «Куда бьёт молния?», я обнаружил, что большинство найденных можно свести к трём вариантам.

  • Молния бьёт в самый высокий объект поблизости. (Иногда к этому добавляют пояснение, что молния должна идти по кратчайшему пути, поэтому и выбирает самую высокую точку, наиболее близкую к туче.)
  • Молния идёт по пути наименьшего электрического сопротивления, именно поэтому она выбирает объекты, проводящие ток: металлические конструкции, деревья, человека и тому подобное.
  • Молнию притягивают к себе предметы с высокой электропроводностью.

Хотя в каждом из этих ответов есть доля правды, в общем случае они не верны, к тому же, не разъясняют физику процесса. Действительно, молния часто бьёт в самый высокий объект, но далеко не всегда. Не всегда молния идёт и по кратчайшему пути. Второе объяснение справедливо на конечном этапе, когда уже создан проводящий канал, но не поясняет, как он образуется в воздухе, который изначально — диэлектрик, не пропускающий ток и имеющий примерно одинаковые свойства по всем направлениям. Что касается третьего объяснения, то, действительно, на конце проводящих тел в грозу индуцируется электрический заряд, который влияет на попадание молнии. Вот только дело не в её притяжении.

Фото Андрея Лисинского

Рождение молнии

Для понимания того, как молния «выбирает» цель на самом деле, придётся сначала разобраться с механизмом её распространения между облаком и землёй. Другие виды молний мы здесь рассматривать не будем.

Молния — это мощная электрическая искра или, как говорят физики, искровой разряд, возникающий в атмосфере. С подобными искрами вы сталкивались, если видели, как искрят электрические контакты, на пример в выключателях или розетках. Похожа молния и на электрическую дугу электросварки, только длящуюся очень короткое время. Но во всех этих случаях искры порождают напряжение, создаваемое генераторами. Молния же возникает из-за заряда, который накапливается в облаках.

Образование зарядов в облаке — сложный комплексный процесс, до конца пока не изученный. При поднятии и охлаждении водяного пара происходит конденсация, а потом замерзание капелек воды, выделяется тепло и образуются восходящие струи со скоростями от 10 до 40 м/с, закручивающиеся в вихри. Возникает эдакая турбулентная машина, которая питается теплом пара. В этой машине кристаллики льда разного размера трутся, ударяются, деформируются, разрушаются и в результате теряют электроны — электризуются. Более чем в 90% случаев нижняя часть грозового облака получается заряженной отрицательно, поскольку электроны, несущие отрицательный заряд, отрываются от движущихся вверх мелких частиц и собираются на более крупных падающих частицах. Процесс разделения зарядов в результате столкновений частиц облака обычно называют механизмом неиндуктивной зарядки, так как для него не требуется предварительно существующего электрического поля. При этом на поверхности земли индуцируется равный по величине положительный заряд, поскольку она обладает относительной проводимостью и по ней может перемещаться заряд, притягиваемый к облаку. Эту ситуацию часто сравнивают с огромным конденсатором, обкладками которого служат облако и поверхность земли.

Стримерный, или нитевидный разряд, созданный в воздухе лабораторной высоковольт-ной катушкой Тесла. По своей природе он аналогичен разряду, создаваемому зарядом грозового облака.

Авторизуйтесь, чтобы продолжить чтение. Это быстро и бесплатно.

Регистрируясь, я принимаю условия использования

Рекомендуемые статьи

Кунсткамера Кунсткамера

Самый маленький парк, непокоренные горные вершины и «Мост в Никуда»

Наука и жизнь
Эра литий-ионных аккумуляторов Эра литий-ионных аккумуляторов

Почему ученые трудятся над тем, чтобы повысить безопасность батареек

Наука и техника
Как разглядеть планету в далекой галактике? Как разглядеть планету в далекой галактике?

Сначала — предположения, потом — тысячи подтверждений: как ищут экзопланеты

Наука и техника
Александр Лабас: не авангардист, не соцреалист Александр Лабас: не авангардист, не соцреалист

Голос А. Лабаса — сложный, полифоничный, подчас ускользающий от прямых смыслов

Монокль
Вячеслав Фетисов: «Пятьдесят процентов моего успеха — моя жена» Вячеслав Фетисов: «Пятьдесят процентов моего успеха — моя жена»

То, что ей пришлось пережить со мной, мало какая жена выдержит!

Коллекция. Караван историй
Дорогой инноваций Дорогой инноваций

Что изменит высокоскоростная магистраль Москва — Санкт-Петербург

Эксперт
Страховка с биткойном Страховка с биткойном

Как работают инвестиционные полисы с привязкой к биткойну

Ведомости
Мошенники делают ставки Мошенники делают ставки

Как мошенники используют аккаунты граждан в букмекерских конторах

Ведомости
Почему Тихий океан так называется, если воды его не такие уж и спокойные? Почему Тихий океан так называется, если воды его не такие уж и спокойные?

Почему самый большой океан на планете имеет такое «безобидное» название?

ТехИнсайдер
Медвежий угол Медвежий угол

Как оргкомитет московской Олимпиады-80 зарабатывал – рубли и валюту

Ведомости
Человек, а не товар: почему в разных странах продают и покупают невест Человек, а не товар: почему в разных странах продают и покупают невест

Где и почему сохраняется традиция продажи невест

Forbes
Денис Шевченко Денис Шевченко

Денис Шевченко — фаундер локального минимал-бренда GATE31

Собака.ru
Безопасность использования ИИ в банках: что важно знать Безопасность использования ИИ в банках: что важно знать

Как именно работает искусственный интеллект в финансовом секторе

Inc.
Это мой город Это мой город

Признания в любви Петербургу и прочие практические советы

Weekend
Тихая гавань русских литераторов Тихая гавань русских литераторов

Усадьбе Остафьево повезло, в ее облике с давних времен мало что менялось

Знание – сила
Аркадий Трачук: Банкноты всегда несут смыслы и передают важные символы для страны Аркадий Трачук: Банкноты всегда несут смыслы и передают важные символы для страны

Можно ли уже печатать дензнаки только с помощью своих технологий?

Ведомости
Работает как часы Работает как часы

Как составить рацион, который будет поддерживать нормальную работу ЖКТ

Лиза
Искусство для искусства Искусство для искусства

Стильный интерьер для коллекционеров современного искусства

SALON-Interior
Кадровиков много, а пользы — мало: 5 неочевидных ошибок в HR, которые могут стоить вам сотрудников Кадровиков много, а пользы — мало: 5 неочевидных ошибок в HR, которые могут стоить вам сотрудников

О главных ошибках, которые допускает бизнес в работе с кадрами

Inc.
10 неожиданных вопросов Кате Гусевой 10 неожиданных вопросов Кате Гусевой

Расспросили королеву ремиксов Катю Гусеву о вере в приметы и любви к собакам

VOICE
Петрикирхе: почему молчат колокола Петрикирхе: почему молчат колокола

Петрикирхе напоминает айсберг, немалая часть которого скрыта в катакомбах

Дилетант
Михаил Бахтин Михаил Бахтин

Зачем Бахтин понадобился Андропову и почему он так известен в Европе и Штатах?

Дилетант
Самый секретный агент Самый секретный агент

Из чего сделан мир Джеймса Бонда Яна Флеминга

Weekend
Александр Дашевский и Рубен Монахов Александр Дашевский и Рубен Монахов

Беседа с художниками, которые открыли artist-run space НеНеМу

Собака.ru
«Воображение нельзя разрушить»: художник Борис Кочейшвили — о башнях, кризисах и пространстве «Воображение нельзя разрушить»: художник Борис Кочейшвили — о башнях, кризисах и пространстве

Художник Борис Кочейшвили о детстве и первых художественных опытах

Правила жизни
«Ползи, улитка…» «Ползи, улитка…»

Куда деться от городской суеты? Создать город без суеты!

Вокруг света
Борьба с прогулами Борьба с прогулами

Антикоррупционные инициативы Андропова советские граждане встретили на «ура»

Дилетант
Волнительный момент Волнительный момент

Как хронический стресс сказывается на коже?

Лиза
Как правильно ехать по серпантину: ПДД для водителей Как правильно ехать по серпантину: ПДД для водителей

Как безопасно передвигаться по серпантину?

РБК
Как развить ловкость Как развить ловкость

Если ребёнок неловок и неповоротлив, это ещё не значит, что так тому и быть

Здоровье
Открыть в приложении