Mikä on salama ja miten se syntyy?

Ukkospilvien alkuperä

Korkealle maanpinnan yläpuolelle kohoava sumu koostuu vesihiukkasista ja muodostaa pilviä. Suurempia ja raskaampia pilviä kutsutaan kumpupilviksi. Jotkut pilvet ovat yksinkertaisia ​​– ne eivät aiheuta salamoita tai ukkonen. Toisia kutsutaan ukkosmyrskyiksi, koska ne aiheuttavat ukkosmyrskyä, muodostavat salaman ja ukkonen. Ukkospilvet eroavat tavallisista sadepilvistä siinä, että ne on ladattu sähköllä: osa on positiivisia, osa negatiivisia.

Miten ukkospilvet muodostuvat? Kaikki tietävät kuinka kova tuuli on ukkosmyrskyn aikana. Mutta vielä voimakkaammat ilmapyörteet muodostuvat korkeammalle maanpinnan yläpuolelle, missä metsät ja vuoret eivät estä ilman liikkumista. Tämä tuuli tuottaa enimmäkseen positiivista ja negatiivista sähköä pilviin.

Jokaisen pisaran keskellä on positiivista sähköä, ja pisaran pinnalla on yhtä paljon negatiivista sähköä. Tuuli tarttuu putoaviin sadepisaroihin ja putoaa ilmavirtoihin. Tuuli, joka osuu pisaraan voimalla, hajottaa sen palasiksi.Tässä tapauksessa pisaran irronneet ulkohiukkaset varautuvat negatiivisella sähköllä.

Pisaran jäljelle jäänyt suurempi ja raskaampi osa varautuu positiivisella sähköllä. Se osa pilvestä, johon raskaita pisaroita kerääntyy, on varautunut positiivisella sähköllä. Pilvistä putoava sade siirtää osan pilven sähköstä maahan, jolloin pilven ja maan välille syntyy sähköinen vetovoima.

Kuvassa 1 esittää sähkön jakautumista pilvessä ja maan pinnalla. Jos pilvi on ladattu negatiivisella sähköllä, pyrkiessään siihen, että se houkuttelee, maan positiivinen sähkö jakautuu kaikkien sähkövirtaa johtavien kohotettujen esineiden pinnalle. Mitä korkeammalla esine seisoo maassa, sitä pienempi on pilven ylä- ja alaosan välinen etäisyys ja sitä pienempi ilmakerros jää tähän, ja se tuottaa päinvastaista sähköä. On selvää, että salama tunkeutuu maahan helpommin sellaisissa paikoissa. Kerromme tästä lisää myöhemmin.

Riisi. 1. Sähkön jakelu ukkospilvessä ja maanpinnan kohteissa

Mikä aiheuttaa salaman?

Lähestyessään korkeaa puuta tai taloa sähköllä ladattu ukkospilvi vaikuttaa siihen. Kuvassa 1 negatiivisella sähköllä ladattu pilvi houkuttelee positiivista sähköä katolle ja talon negatiivinen sähkö menee maahan.

Sekä sähköllä – pilvessä ja talon katolla – on taipumus vetää toisiaan puoleensa. Jos pilvessä on paljon sähköä, niin paljon sähköä muodostuu taloon vaikutuksen kautta.

Aivan kuten sisääntuleva vesi voi syövyttää padon ja syöksyä puroon ja tulvita laakson rajoittamattomassa liikkeessään, niin yhä enemmän pilveen kerääntyvä sähkö voi lopulta murtautua sen maan pinnasta erottavan ilmakerroksen läpi ja ryntää. alas maahan, vastakkaiseen sähköön. Tapahtuu voimakas purkaus – sähkökipinä liukuu pilven ja talon väliin.

Tämä on salama, joka iskee taloon. Salamapurkaus voi tapahtua paitsi pilven ja maan välillä, myös kahden erityyppisellä sähköllä ladatun pilven välillä.

Mitä voimakkaampi tuuli, sitä nopeammin pilvi latautuu sähköllä. Tuuli kuluttaa tietyn määrän työtä, joka menee positiivisen ja negatiivisen sähkön erottamiseen.

Miten salama kehittyy?

Useimmiten maahan iskevä salama tulee pilvistä, jotka on ladattu negatiivisella sähköllä. Tällaisesta pilvestä iskevä salama kehittyy tällä tavalla.

Ensinnäkin pieniä määriä elektroneja alkaa virrata pilvestä maahan kapeassa kanavassa muodostaen eräänlaisen virran ilmaan.

Kuvassa Kuva 2 esittää tämän salaman muodostumisen alkamisen. Pilven siihen osaan, jossa kanava alkaa muodostua, on kertynyt suurella nopeudella omaavia elektroneja, minkä vuoksi ne törmääessään ilman atomeihin hajottavat ne ytimiksi ja elektroneiksi.

Riisi. 2. Salama alkaa muodostua pilvessä

Tässä tapauksessa vapautuneet elektronit syöksyvät myös maahan ja jälleen törmääessään ilman atomien kanssa erottavat ne.Se on kuin lumen putoaminen vuorilla, kun aluksi pieni pala, joka vierii alas, kasvaa siihen tarttuneiden lumihiutaleiden peittoon, ja nopeuttaen lentoaan siitä tulee suuri lumivyöry.

Ja täällä elektronivyöry vangitsee uusia ilmamääriä jakaen sen atomit paloiksi. Tässä tapauksessa ilma lämmitetään, ja lämpötilan noustessa sen johtavuus kasvaa. Se muuttuu eristimestä johtimeksi. Tuloksena pilvestä tulevan johtavan ilmakanavan kautta sähkö alkaa valua yhä enemmän. Sähkö lähestyy maata valtavalla nopeudella, saavuttaen 100 kilometriä sekunnissa.

Sekunnin sadasosissa elektronien lumivyöry saavuttaa maan. Tämä päättää vain salaman ensimmäisen, niin sanotusti "valmistelevan" osan: salama on päässyt maahan. Toinen, suurin osa Lightningin kehityksestä on vielä tulossa. Salamanmuodostelman tarkasteltua osaa kutsutaan johtimeksi. Tämä vieras sana tarkoittaa "johtaja" venäjäksi. Opas antoi tietä salaman toiselle, voimakkaammalle osalle; tätä osaa kutsutaan pääosiksi. Heti kun kanava saavuttaa maan, sähkö alkaa virrata sen läpi paljon rajummin ja nopeammin.

Nyt kanavaan kertyneen negatiivisen sähkön ja sadepisaroilla maahan pudonneen positiivisen sähkön välillä on yhteys, ja sähköisellä toiminnalla tapahtuu sähköpurkaus pilven ja maan välillä. Tällainen purkaus on valtavan voimakas sähkövirta - tämä voimakkuus on paljon suurempi kuin tavanomaisen sähköverkon virran voimakkuus.

Kanavassa virtaava virta kasvaa hyvin nopeasti, ja maksimivoimakkuuden saavuttamisen jälkeen se alkaa vähitellen laskea.Salamakanava, jonka läpi niin voimakas virta kulkee, lämpenee paljon ja hehkuu siksi kirkkaasti. Mutta virran kulkuaika salamapurkauksessa on hyvin lyhyt. Purkaus kestää hyvin pieniä sekunnin murto-osia ja siksi purkauksen aikana tuotettu sähköenergia on suhteellisen pientä.

Kuvassa Kuva 3 esittää salamanjohtimen asteittaista liikettä kohti maata (kolme ensimmäistä kuvaa vasemmalla).

Riisi. 3. Ukonjohtimen (kolme ensimmäistä numeroa) ja sen pääosan (kolme viimeistä numeroa) asteittainen kehittäminen.

Kolme viimeistä kuvaa esittävät erillisiä hetkiä salaman toisen (pää)osan muodostumisesta. Salamaa katsova henkilö ei tietenkään pystyisi erottamaan sen ohjainta pääosasta, koska ne seuraavat toisiaan erittäin nopeasti, samalla polulla.

Kahden erityyppisen sähkön kytkemisen jälkeen virta katkeaa. Yleensä salama ei lopu tähän. Usein uusi johtaja ryntää välittömästi ensimmäisen heiton polkua pitkin, ja hänen takanaan samalla polulla on taas heiton silmäosa. Tämä päättää toisen purkamisen.

Tällaisia ​​erillisiä kategorioita voi olla enintään 50, joista jokainen koostuu omasta johtajastaan ​​ja pääelimestään. Useimmiten niitä on 2-3. Erillisten purkausten ilmaantuminen tekee salaman katkonaista, ja usein salamaa katsova ihminen näkee sen välkkyvän. Tämä aiheuttaa salaman välkkymisen.

Erillisten purkausten muodostumisen välinen aika on hyvin lyhyt. Se ei ylitä sekunnin sadasosia Jos purkausten määrä on erittäin suuri, salaman kesto voi olla koko sekunti tai jopa useita sekunteja.

Olemme tarkastelleet vain yhtä salamatyyppiä, joka on yleisin.Tätä salamaa kutsutaan lineaariseksi salamaksi, koska se näyttää paljaalla silmällä viivana - kapeana, kirkkaana valkoisen, vaaleansinisen tai kirkkaan vaaleanpunaisen nauhana.

Linjasalaman pituus on sadoista metreistä useisiin kilometreihin. Salaman polku on yleensä siksak. Salamalla on usein monia oksia. Kuten jo mainittiin, lineaariset salamapurkaukset voivat tapahtua paitsi pilven ja maan välillä, myös pilvien välillä.

Pallasalama

Lineaarisen lisäksi löytyy kuitenkin paljon harvemmin muunlaisia ​​salamoita. Tarkastelemme yhtä niistä, mielenkiintoisinta - pallosalamaa.

Joskus on salamapurkauksia, jotka ovat tulipalloja. Pallosalaman muodostumista ei ole vielä tutkittu, mutta saatavilla olevat havainnot tästä mielenkiintoisesta salamanpurkaustyypistä antavat meille mahdollisuuden tehdä joitain johtopäätöksiä.

Useimmiten pallosalama on vesimelonin tai päärynän muotoinen. Se kestää suhteellisen kauan - sekunnin murto-osasta useisiin minuutteihin.

Pallasalaman yleisin kesto on 3-5 sekuntia. Useimmiten pallosalama ilmestyy ukkosmyrskyn lopussa punaisina hehkuvina palloina, joiden halkaisija on 10–20 senttimetriä. Harvemmissa tapauksissa se on myös suuri. Esimerkiksi salama, jonka halkaisija oli noin 10 metriä, kuvattiin.

Pallo voi joskus olla sokaisevan valkoinen ja siinä voi olla erittäin terävät ääriviivat. Pallasalama tuottaa yleensä sihisevää, surinaa tai sihisevää ääntä.

Pallasalama voi hiipua äänettömästi, mutta se voi päästää vaimean räjähdyksen tai jopa korviaan räjähdyksen. Kun se katoaa, se jättää usein pistävän hajuisen sumun. Maan lähellä tai sisällä pallosalama liikkuu juoksevan miehen nopeudella – noin kaksi metriä sekunnissa.Se voi pysyä levossa jonkin aikaa, ja tällainen "paintunut" pallo suhisee ja heittelee kipinöitä, kunnes se katoaa. Joskus pallosalama näyttää olevan tuulen ohjaama, mutta yleensä sen liike on tuulesta riippumaton.

Pallasalama houkuttelee suljetut tilat, joissa ne tunkeutuvat avoimista ikkunoista tai ovista ja joskus jopa pienistä halkeamista. Putket ovat hyvä tapa niille; siksi tulipalloja tulee usein keittiön uuneista. Matkustettuaan ympäri huonetta, pallosalama poistuu huoneesta ja poistuu usein samaa polkua pitkin, johon se tuli.

Joskus salama nousee ja laskee kaksi tai kolme kertaa muutaman senttimetrin tai muutaman metrin etäisyydellä. Samanaikaisesti näiden ylä- ja alamäkien kanssa tulipallo liikkuu joskus vaakasuunnassa, ja sitten pallosalama näyttää hyppäävän.

Usein pallosalama "laskeutuu" johtoihin suosien korkeimpia kohtia tai rullaa johtoja pitkin, esimerkiksi viemäriputkia pitkin. Tulipallot, jotka liikkuvat ihmisten vartaloa pitkin, joskus vaatteiden alla, aiheuttavat vakavia palovammoja ja jopa kuoleman. On monia kuvauksia tapauksista, joissa salama on aiheuttanut hengenvaarallisia vahinkoja ihmisille ja eläimille. Kuuma salama voi aiheuttaa erittäin vakavia vaurioita rakennuksiin.

Mihin salama iskee?

Koska salama on sähköpurkaus eristeen paksuuden läpi - ilma, se tapahtuu useimmiten siellä, missä ilmakerros pilven ja minkä tahansa maan pinnalla olevan kohteen välillä on pienempi. Suorat havainnot osoittavat tämän: salama pyrkii iskemään korkeisiin kellotorniin, mastoihin, puihin ja muihin korkeisiin esineisiin.

Salama ei kuitenkaan ryntää vain korkeisiin esineisiin.Kahdesta vierekkäisestä samankorkuisesta mastosta, joista toinen on tehty puusta ja toinen metallista, ja jotka seisovat lähellä toisiaan, salama ryntää metalliseen. Tämä tapahtuu kahdesta syystä: Ensinnäkin metalli johtaa sähköä paljon paremmin kuin puu, jopa märkänä. Toiseksi metallimasto on hyvin kytketty maahan ja maasta tuleva sähkö voi virrata vapaammin mastoon johtajan kehittämisen aikana.

Jälkimmäistä seikkaa käytetään laajalti erilaisten rakennusten suojaamiseen salamoilta. Mitä suurempi metallimaston pinta-ala on kosketuksissa maahan, sitä helpommin pilvestä tuleva sähkö kulkee maahan.

Tätä voidaan verrata siihen, kuinka nestevirta kaadetaan suppilon kautta pulloon. Jos suppilon aukko on riittävän suuri, suihku menee suoraan pulloon. Jos suppilon aukko on pieni, neste alkaa valua yli suppilon reunan ja valua lattialle.

Salama voi iskeä jopa maan tasaiselle pinnalle, mutta samalla se syöksyy sinne, missä maaperän sähkönjohtavuus on suurempi. Joten esimerkiksi märkään saveen tai suoon salama iskee nopeammin kuin kuivaan hiekkaan tai kiviseen kuivaan maaperään. Samasta syystä salama iskee jokien ja purojen rannoille mieluummin kuin korkeita, mutta kuivia puita niiden lähellä.

Tätä salaman ominaisuutta - ryntää maadoitettuihin ja hyvin johtaviin kappaleisiin - käytetään laajalti erilaisten suojalaitteiden toteuttamisessa.