Электрические разряды в природе. Меры предосторожности во

Проект выполнила:
учитель физики
МБОУ СОШ №15
г. о. Коломна
Новикова А. В.
1)
2)
Углубить знания учащихся об
электрических явлениях, их
проявлении в природе
Исследовать существующие меры
предосторожности во время грозы
1)
2)
Установить факторы и условия,
способствующие возникновению
электрических разрядов в живой природе
Выявить меры защиты во время грозы
Впервые на электрический
заряд обратил внимание
Фалес Милетский за 600
лет до н.э. Он обнаружил,
что янтарь, потертый о
шерсть, приобретет
свойства притягивать
легкие предметы:
пушинки, кусочки бумаги.
Долгое время считали, что янтарь
обладает особым свойством. Однако
только через 2000 лет английский
физик У. Гильберт подробно
исследовал это явление и
обнаружил, что аналогичными
свойствами обладает не только
натертый янтарь, но и алмаз,
сапфир, стекло и некоторые другие
материалы, если их потереть о
шелк. Все эти вещества он назвал
электрическими, т.е. подобными
янтарю (от греч. электрон – янтарь)
статическое
Статическое электричество возникает
всюду, где происходит движение твердых
изоляторов или жидкостей – точнее, в
момент их разделения. Экстремальный
случай – обдувание стенки пыльным
воздухом. Напряжение разряда зависит от
влажности. В сухом воздухе разряд
бывает сильнее, чем во влажном.
Электронные компоненты крайне
чувствительны к таким разрядам. Даже
разряд менее 30 В может вывести их из
строя или привести к неправильному
срабатыванию. Это может стать причиной
необоснованного риска и
непредсказуемых результатов. Вот почему
электронные компоненты почти всегда
оснащаются защитой.
динамическое
Под динамическим электричеством
имеется в виду электрический ток,
обычно производимый
электростанциями и поступающий
по проводам. Он проявляется как
напряжение на контактах.
Статическое же электричество не
подпитывается каким-либо
источником напряжения. Оно
выступает как своего рода разовое
явление, которое не может
повториться немедленно и требует
времени для накопления перед
новым разрядом.
Гроза – электрическое атмосферное явление, при
котором в мощных кучево-дождевых облаках или
между облаками и земной поверхностью возникают
многократные электрические разряды (молнии),
сопровождающиеся громом. Грозам обычно
сопутствуют шквалистые ветры, ливневые осадки,
нередко с градом. Электрические явления в
атмосфере: ионизация воздуха, электрическое поле
атмосферы, электрические заряды облаков и
осадков, электрические токи вызывают разряды в
атмосфере. Такие разряды называют
атмосферными.
Чтобы объяснить появление объемных
зарядов облаков и их пространственное
разделение, выдвигали и выдвигают два
основных вида гипотез. В одних главная
роль отводится осадкам (её развивали
ещё М. В. Ломоносов и его помощник
Г. Рихман, в 1753 г. погибший во время
проведения эксперимента с
электрическими разрядами), в других,
более сложных — конвективным
потокам воздуха.
Первая, называемая стадией кучевого облака,
отмечается единичным восходящим потоком
воздуха, начинающимся от земной поверхности.
На этой стадии облако развивается по вертикали,
то есть высота его увеличивается. К концу
первой стадии у земной поверхности развивается
целая система ветров, которые сходятся к центру
области пониженного давления. Дождь пока не
выпадает, но на высотах уже начинает собираться
пар, а значит выделяется, пока незаметно,
теплота.
Вторая стадия развития грозы, называемая зрелой,
отмечена осадками, выпадающими на землю. На
высотах появляются ледяные кристаллики, особенно
в обширных грозовых очагах. Вершина грозового
облака может подняться до высоты 22,5 километра. В
некоторых случаях сильные вихри, развивающиеся во
время этой стадии, могут превращаться в смерчи. В
это время очаг грозы пронизывают сильные ветры,
идущие вверх и вниз. Постепенно кучево-дождевые
облака приобретают вид высоких башен, нередко
наблюдаются молния и гром.
В третьей, последней, стадии грозы, называемой
стадией разрушения, во всей её области
развивается движение воздуха вниз. Оно и
приводит к окончательному прекращению грозовой
деятельности. Осадки тоже вскоре ослабевают и,
наконец, совсем прекращаются. Поскольку новый
пар в грозовое облако более не поступает, облако
начинает таять. Гроза заканчивается.
Простейшая гипотеза осадков основана
на том, что капли дождя, частицы
снежной крупы и градины в грозовом
облаке падают сквозь массу более мелких
частиц, остающихся во взвешенном
состоянии. Предполагалось, что при
столкновении падающих частиц со
взвешенными первые заряжаются
отрицательно, а вторые положительно:
таким образом, нижняя часть облака,
состоящая из более тяжёлых частиц,
накапливает отрицательный заряд, а
верхняя — положительный. Однако ещё
Б. Франклин заметил, что попадаются
облака с «плюсом» внизу…
Другая гипотеза предполагает, что
электрические заряды в облаке образуются в
основном благодаря космическим лучам,
отрицательно ионизирующим молекулы воздуха
в верхней части облака. Но нисходящие потоки
воздуха на периферии облака переносят затем
отрицательно заряженные частицы из верхнего
слоя вниз, а потому и в этом случае у облака
формируется та же электрическая структура,
которую описывает гипотеза осадков. Для более
полного описания процессов в грозовом облаке
в модель были введены дополнительные
заряженные слои, однако, несмотря на все
попытки её усложнения и доработки,
конвективная гипотеза не получила чёткого
экспериментального подтверждения.
Мельчайшие кристаллы льда устремляются с
восходящими потоками воздуха в верхнюю часть
облака, развивая скорость до 150 км/ч и
многократно соударяются с другими кристаллами.
При этих столкновениях мелкие кристаллы льда
теряют электроны и приобретают положительный
заряд. В то же время более тяжёлые частицы льда
приобретают отрицательный заряд и при этом
опускаются в нижнюю часть облака. Таким
образом, создаётся разделение зарядов с разностью
потенциалов в миллионы вольт, которая и является
причиной молний.
Скорость распространения молнии
тоже огромна. Так, от облаков до
Земли молния проходит за 0,002
секунды, что соответствует
скорости 1000 километров в
секунду. Средняя сила тока разряда
1000 ампер, а общий заряд,
переносимый молнией, достигает
100 кулонов. Видимый канал
молнии имеет диаметр около 1
метра, а внутренний, по которому
течёт ток, — 1 сантиметра.
Длительность каждого импульса 0,001 секунды.
Промежутки между импульсами 0,01 секунды.
Максимальная сила тока в импульсе может
превышать 100 000 ампер. При этом выделяется
огромная энергия — до миллиарда джоулей.
Температура канала достигает 10 000 градусов
(почти вдвое выше, чем на поверхности Солнца),
что и рождает яркое свечение.
После прохождения основного тока наступает
пауза длительностью от 10 до 50 секунд. За это
время канал практически гаснет, его
температура падает до 1000 градусов Кельвина.
Установлено, что и свечение, и разогрев
плазменного канала развиваются в направлении
от земли к туче, поэтому после паузы мощный
импульс основного тока распространяется по
восстановленному каналу снизу вверх. Паузы
между свечениями всего десятки миллисекунд,
поэтому несколько мощных импульсов мы
воспринимаем как единый разряд молнии, как
единую яркую вспышку.
Во время грозы следует:






в лесу укрыться среди невысоких деревьев с густыми кронами;
на открытой местности спрятаться в сухой яме, канаве, овраге,
спуститься с холмов. Песчаная и каменистая почвы безопаснее
глинистой;
все металлические предметы: топоры, пилы, лопаты, ножи, посуду,
карабины, оружие, радиоприемники — сложить в 15-20 м от
местонахождения людей;
сесть сгруппировавшись: согнув спину, опустив голову на
согнутые в коленях ноги или предплечья рук, ступни ног
соединить вместе;
подложить под себя полиэтилен, ветки, лапник, камни, одежду,
веревки;
переодеться в сухую одежду, мокрую желательно выжать. Мокрая
одежда повышает опасность поражения молнией.
Во время грозы нельзя:
 укрываться возле одиноких деревьев или деревьев, вершины
которых выступают над рядом стоящими (учтите, что молния чаще
всего ударяет в дубы, тополя, каштаны, вязы, реже в елки, сосны,
очень редко в березы, клены);
 прислоняться или прикасаться при передвижении или отдыхе к
скалам и отвесным стенам;
 останавливаться на опушках леса, полянах;
 оставаться на возвышенностях;
 идти или останавливаться в местах, где течет вода, либо возле
водоемов;
 прятаться под скальными навесами;
 бежать;
 передвигаться плотной группой;
 находиться возле водотоков в расщелинах (даже мелкие трещины во
время грозы становятся проводниками электричества!).