Kas yra žaibas ir kaip jis atsiranda?

Perkūnijos debesų kilmė

Aukštai virš žemės kylantis rūkas susideda iš vandens dalelių ir sudaro debesis. Didesni ir sunkesni debesys vadinami kamuoliniais debesimis. Kai kurie debesys yra paprasti – jie nesukelia žaibo ar griaustinio. Kiti vadinami perkūnija, nes sukuria perkūniją, formuoja žaibus ir griaustinį. Perkūnijos debesys nuo įprastų lietaus debesų skiriasi tuo, kad yra įkraunami elektra: vieni teigiami, kiti neigiami.

Kaip susidaro perkūnijos debesys? Visi žino, koks stiprus vėjas per perkūniją. Tačiau dar stipresni oro sūkuriai susidaro aukščiau virš žemės, kur miškai ir kalnai netrukdo orui judėti. Šis vėjas daugiausia generuoja teigiamą ir neigiamą elektros energiją debesyse.

Kiekvieno lašo centre yra teigiama elektros energija, o lašo paviršiuje randamas vienodas kiekis neigiamos elektros. Krintančius lietaus lašus sugauna vėjas ir jie patenka į oro sroves. Vėjas, jėga smogdamas į lašą, sulaužo jį į gabalus.Tokiu atveju atsiskyrusios išorinės lašelio dalelės pasikrauna neigiama elektra.

Likusi didesnė ir sunkesnė lašelio dalis įkraunama teigiama elektra. Ta debesies dalis, kurioje kaupiasi sunkūs lašeliai, įkraunama teigiama elektra. Iš debesies krintantis lietus dalį debesies elektros perduoda žemei, todėl tarp debesies ir žemės susidaro elektrinė trauka.

Fig. 1 parodytas elektros pasiskirstymas debesyje ir žemės paviršiuje. Jei debesis yra įkraunamas neigiama elektra, tada, stengiantis jį pritraukti, teigiama žemės elektra bus paskirstyta visų pakeltų objektų, kurie praleidžia elektros srovę, paviršiuje. Kuo aukščiau ant žemės stovi objektas, tuo mažesnis atstumas tarp debesies viršaus ir apačios ir tuo mažesnis čia lieka oro sluoksnis, skleidžiantis priešingą elektros energiją. Akivaizdu, kad tokiose vietose žaibas lengviau prasiskverbia į žemę. Daugiau apie tai papasakosime vėliau.

Ryžiai. 1. Elektros paskirstymas perkūnijos debesyje ir antžeminiuose objektuose

Kas sukelia žaibą?

Artėjant prie aukšto medžio ar namo, jį veikia elektra pakrautas perkūnijos debesis. Fig. 1 debesis, įkrautas neigiama elektra, pritraukia teigiamą elektrą ant stogo, o neigiama namo elektra pateks į žemę.

Tiek elektra, tiek debesyje, tiek ant namo stogo, linkę traukti viena kitą. Jei debesyje yra daug elektros, tai per įtaką daug elektros susidaro ant namo.

Kaip įtekantis vanduo gali išardyti užtvanką ir veržtis į srovę, nevaržomu judėjimu užtvindydamas slėnį, taip ir elektra, vis labiau besikaupianti debesyje, ilgainiui gali prasiskverbti pro jį nuo žemės paviršiaus skiriantį oro sluoksnį ir veržtis. žemyn į žemę, į priešingą elektrą. Atsiras stiprus iškrovimas – elektros kibirkštis nuslys tarp debesies ir namo.

Tai žaibas, kuris trenkia į namus. Žaibo iškrovos gali įvykti ne tik tarp debesies ir žemės, bet ir tarp dviejų debesų, įkrautų skirtingomis elektros rūšimis.

Kuo stipresnis vėjas, tuo greičiau debesis pasikrauna elektra. Vėjas išeikvoja tam tikrą kiekį darbo, kuris skiriamas teigiamos ir neigiamos elektros atskyrimui.

Kaip vystosi žaibas?

Dažniausiai į žemę trenkia žaibas iš debesų, įkrautų neigiama elektra. Iš tokio debesies trenkęs žaibas vystosi taip.

Pirma, nedideli elektronų kiekiai pradeda tekėti iš debesies į žemę siauru kanalu, sudarydami tam tikrą srovę ore.

Fig. 2 parodyta ši žaibo formavimosi pradžia. Toje debesies dalyje, kurioje pradeda formuotis kanalas, susikaupė didelį judėjimo greitį turintys elektronai, dėl kurių jie, susidūrę su oro atomais, suskaido juos į branduolius ir elektronus.

Ryžiai. 2. Debesyje pradeda formuotis žaibas

Šiuo atveju išsiskiriantys elektronai taip pat veržiasi į žemę ir, vėl susidūrę su oro atomais, juos atskiria.Tai tarsi sniego kritimas kalnuose, kai iš pradžių mažas gumulas, ritantis žemyn, apauga prie jo prilipusiomis snaigėmis ir, pagreitindamas skrydį, tampa didele lavina.

Ir štai elektronų lavina užfiksuoja naujus oro kiekius, suskaidydama jo atomus į gabalus. Tokiu atveju oras pašildomas, o kylant temperatūrai jo laidumas didėja. Jis iš izoliatoriaus virsta laidininku. Per susidariusį laidžių oro kanalą iš debesies elektra pradeda vis labiau nutekėti. Elektra prie žemės artėja milžinišku greičiu ir pasiekia 100 kilometrų per sekundę greitį.

Per šimtąsias sekundės dalis elektronų lavina pasiekia žemę. Tuo baigiasi tik pirmoji, galima sakyti, „parengiamoji“ žaibo dalis: žaibas nusirito į žemę. Antroji, pagrindinė „Lightning“ kūrimo dalis dar laukia. Nagrinėjama žaibo darinio dalis vadinama laidininku. Šis užsienio žodis rusų kalba reiškia „vadovas“. Vadovas užleido vietą antrajai, galingesnei žaibo daliai; ši dalis vadinama pagrindine. Kai tik kanalas pasiekia žemę, elektra juo pradeda tekėti daug audringiau ir greičiau.

Dabar yra ryšys tarp kanale susikaupusios neigiamos elektros ir lietaus lašais į žemę nukritusios teigiamos elektros, o elektriniu veikimu vyksta elektros išlydis tarp debesies ir žemės. Toks išlydis yra didžiulės stiprios elektros srovė – ši stipris yra daug didesnė nei srovės stiprumas įprastiniame elektros tinkle.

Srovė, tekanti kanale, labai greitai didėja, o pasiekusi didžiausią stiprumą, palaipsniui pradeda mažėti.Žaibo kanalas, kuriuo teka tokia stipri srovė, labai įkaista, todėl ryškiai šviečia. Tačiau srovės tekėjimo laikas žaibo išlydžio metu yra labai trumpas. Iškrova trunka labai mažas sekundės dalis, todėl iškrovimo metu pagaminama elektros energija yra palyginti maža.

Fig. 3 parodytas laipsniškas žaibolaidžio judėjimas žemės link (pirmosios trys figūros kairėje).

Ryžiai. 3. Laipsniškas žaibolaidžio (pirmos trys figūros) ir jo pagrindinės dalies (paskutinės trys figūros) vystymas.

Paskutiniuose trijuose paveiksluose pavaizduoti atskiri antrosios (pagrindinės) žaibo dalies susidarymo momentai. Žmogus, žiūrintis į blykstę, žinoma, negalėtų atskirti jos vedlio nuo pagrindinės dalies, nes jie itin greitai seka vienas kitą, tuo pačiu keliu.

Sujungus du skirtingus elektros energijos tipus, srovė nutrūksta. Paprastai žaibas tuo nesibaigia. Neretai naujas lyderis iškart nuskuba pirmo metimo nušviestu taku, o už jo, tame pačiame kelyje, vėl yra akies metimo dalis. Tai užbaigia antrąjį iškrovimą.

Tokių atskirų kategorijų gali būti iki 50, kurių kiekviena susideda iš savo lyderio ir pagrindinės institucijos. Dažniausiai jų būna 2-3. Atsiradus atskiroms iškrovoms, žaibai nutrūksta, o dažnai į žaibą žiūrintis žmogus mato, kaip jis mirga. Dėl to blykstė mirksi.

Laikas tarp atskirų iškrovų susidarymo yra labai trumpas. Jis neviršija šimtųjų sekundės dalių.Jei išlydžių skaičius labai didelis, tai žaibo trukmė gali siekti visą sekundę ar net kelias sekundes.

Mes svarstėme tik vieną žaibo tipą, kuris yra labiausiai paplitęs.Šis žaibas vadinamas linijiniu žaibu, nes plika akimi jis atrodo kaip linija – siaura, ryški baltos, šviesiai mėlynos arba ryškiai rožinės spalvos juosta.

Linijinio žaibo ilgis yra nuo šimtų metrų iki daugelio kilometrų. Žaibo kelias dažniausiai yra zigzaginis. Žaibas dažnai turi daug šakų. Kaip jau minėta, linijiniai žaibo išlydžiai gali atsirasti ne tik tarp debesies ir žemės, bet ir tarp debesų.

Kamuolinis žaibas

Tačiau, be linijinių, daug rečiau yra ir kitų rūšių žaibo. Mes apsvarstysime vieną iš jų, įdomiausią - kamuolinį žaibą.

Kartais būna žaibo iškrovų, kurios yra ugnies kamuoliai. Kaip susidaro kamuolinis žaibas, dar neištirta, tačiau turimi šio įdomaus žaibo išlydžio tipo stebėjimai leidžia padaryti tam tikras išvadas.

Dažniausiai kamuolinis žaibas yra arbūzo ar kriaušės formos. Tai trunka gana ilgai - nuo sekundės dalies iki kelių minučių.

Dažniausiai kamuolinio žaibo trukmė yra nuo 3 iki 5 sekundžių. Dažniausiai kamuolinis žaibas pasirodo perkūnijos pabaigoje raudonai švytinčių 10–20 centimetrų skersmens rutulių pavidalu. Retesniais atvejais jis taip pat yra didelis. Pavyzdžiui, nufotografuotas apie 10 metrų skersmens žaibas.

Kamuolys kartais gali būti akinamai baltas ir turėti labai ryškius kontūrus. Kamuolinis žaibas dažniausiai skleidžia šnypštimą, zvimbimą ar šnypštimą.

Kamuolinis žaibas gali tyliai blėsti, tačiau gali skleisti silpną traškėjimą ar net kurtinantį sprogimą. Kai jis išnyksta, dažnai palieka aštraus kvapo rūką. Netoli žemės ar patalpose kamuolinis žaibas juda bėgančio žmogaus greičiu – maždaug dviejų metrų per sekundę greičiu.Gali kurį laiką pabūti ramybėje, o toks „nusistovęs“ kamuoliukas šnypščia ir mėto kibirkštis, kol išnyksta. Kartais atrodo, kad kamuolinį žaibą varo vėjas, tačiau dažniausiai jo judėjimas nepriklauso nuo vėjo.

Kamuolinius žaibus vilioja uždaros erdvės, kur jie prasiskverbia pro atvirus langus ar duris, o kartais net per nedidelius plyšius. Vamzdžiai yra geras būdas jiems; todėl virtuvėse iš krosnių dažnai kyla ugnies kamuoliai. Po kelionės po kambarį kamuolinis žaibas palieka kambarį, dažnai išeina tuo pačiu keliu, į kurį pateko.

Kartais žaibas pakyla ir nukrenta du ar tris kartus nuo kelių centimetrų iki kelių metrų atstumu. Kartu su šiais pakilimais ir nuosmukiais ugnies kamuolys kartais juda horizontalia kryptimi, o tada atrodo, kad kamuolinis žaibas daro šuolius.

Dažnai kamuolinis žaibas „nusėda“ ant laidų, pirmenybę teikdamas aukščiausiems taškams, arba rieda išilgai laidų, pavyzdžiui, palei drenažo vamzdžius. Judėdami palei žmonių kūnus, kartais po drabužiais, ugnies kamuoliai sukelia stiprius nudegimus ir net mirtį. Yra daug aprašytų atvejų, kai žaibas padarė mirtiną žalą žmonėms ir gyvūnams. Šilumos žaibas gali padaryti labai didelę žalą pastatams.

Kur trenkia žaibas?

Kadangi žaibas yra elektros iškrova per izoliatoriaus storį – orą, tai dažniausiai įvyksta ten, kur oro sluoksnis tarp debesies ir bet kurio žemės paviršiaus objekto bus mažesnis. Tai rodo tiesioginiai stebėjimai: žaibai linkę trenkti į aukštas varpinių bokštus, stiebus, medžius ir kitus aukštus objektus.

Tačiau žaibas veržiasi ne tik į aukštus objektus.Nuo dviejų gretimų vienodo aukščio stiebų, kurių vienas medinis, o kitas metalinis, ir stovi netoli vienas nuo kito, žaibas veržiasi į metalinį. Taip atsitiks dėl dviejų priežasčių: Pirma, metalas, net ir šlapias, daug geriau praleidžia elektrą nei mediena. Antra, metalinis stiebas yra gerai prijungtas prie žemės, o elektra iš žemės gali laisviau tekėti į stiebą lyderio tobulėjimo metu.

Pastaroji aplinkybė plačiai naudojama siekiant apsaugoti įvairius pastatus nuo žaibo. Kuo didesnis metalinio stiebo paviršiaus plotas, besiliečiantis su žeme, tuo lengviau elektra iš debesies patenka į žemę.

Tai galima palyginti su tuo, kaip skysčio srautas pilamas per piltuvą į butelį. Jei piltuvo anga yra pakankamai didelė, srovė pateks tiesiai į butelį. Jei piltuvo anga yra maža, skystis pradės pilti per piltuvo kraštą ir pilti ant grindų.

Žaibas gali trenkti net į lygų žemės paviršių, bet tuo pačiu veržiasi ten, kur didesnis dirvožemio elektrinis laidumas. Taigi, pavyzdžiui, į šlapią molį ar pelkę žaibas trenkia greičiau nei į sausą smėlį ar akmenuotą sausą dirvą. Dėl tos pačios priežasties žaibas trenkia į upių ir upelių krantus, pirmenybę teikdamas jiems aukštiems, bet sausiems medžiams, stūksontiems šalia jų.

Ši žaibo savybė – veržtis į gerai įžemintus ir gerai laidžius kūnus – plačiai naudojama įvairiems apsaugos įrenginiams diegti.