Физика в школе.
Сайт учителя физики Игнатовой Ирины Дмитриевны.
Электрические явления в горах ("Огни Эльма")
Напряжение атмосферного электричества в горах значительно
выше, чем на равнинах. Поэтому вероятность электрических разрядов в горных
странах значительно больше. Так, например, все грозы равнинной части Европы,
вместе взятые, не могут дать столько молний, сколько одна гроза на вершинах
Кавказа. Там однажды в течение 20 минут было насчитано свыше 1000 молний.
Известны случаи, когда целые стада во время грозы в горах гибли от сильных
электрических разрядов.
Другое проявление атмосферного электричества, также часто
наблюдающееся в горах, носит название «огней Эльма». Эти огни совершенно
безвредны для человека и животных и нередко бывали причиной комических
происшествий. Так, например, один охотник испуганно рассказывал, что встретил в
горах козла, голова которого была окружена ярким сиянием. Повидимому,
фиолетовое сияние огней Эльма вокруг головы козла смутило охотника.
На Кавказе огни Эльма наблюдал известный альпинист Пастухов
(1897 г.). По его словам, «все окружающее пространство было покрыто огнями.
Усы, брови, волосы моих спутников светились, их бурки, казалось, тлели».
Каково же научное объяснение молний (громких разрядов) и
огней Эльма (тихих разрядов)?
Все хорошо знакомы с молнией - этой громадной электрической
искрой, проскакивающей между соседними облаками или внутри облака, или же,
наконец, между облаком и землей. Вряд ли теперь кто- нибудь сомневается в
электрическом происхождении молнии.
М. В. Ломоносов впервые поставил исследование природы молнии
на научную основу. Он начал с того, что воспроизвел в лаборатории явления,
наблюдаемые в естественных условиях, получив ломаные и ветвистые удлиненные
искры, совершенно сходные с молнией.
Разрушительная сила грозовых разрядов электричества огромна.
Разряд, нагревая столб воздуха, через который проходит молния, почти мгновенно
расширяет его, что вызывает взрыв, разрушающий окружающие предметы - дымовые
трубы, черепичные крыши и т. п. От удара молнии ствол дерева обращается в
щепки. Иногда внезапно, буквально на глазах, исчезают сотни метров телеграфного
провода. В колоколах и других больших металлических предметах после удара
молнии остаются отверстия, которые может пробить только ток очень большой силы,
порядка 100 тыс. ампер. Молния сплавляет песок. При этом образуются
стекловидные тела, так называемые фульгуриты. Под действием сальных ударов
молнии часто остекляются скалы. Науке давно известно, что при разбрызгивании
жидкости происходит явление электризации. Распыляя воду пульверизатором, мы
создаем некоторую разность электрических напряжений в пределах нашего
маленького искусственного водяного облака Это явление не более сложно, чем
электризация, возникающая при трении, например, стекла о мех, и имеет
аналогичное объяснение. Известно, что молния связана с подъемом влажного
воздуха, который всегда сопровождается конденсацией и образованием кучевых
облаков. В тех местах, где таких явлений не бывает, например в полярных странах
(даже гористых) или в пустынях, нет ни гроз, ни молний.
Наши планеристы часто используют для подъема сильные
восходящие токи в передней части грозового облака. Один летчик рассказывал, что
однажды у темного края грозового облака его самолет почти мгновенно подбросило
с 200-метровой высоты на 1000-метровую. Скорость восходящего вертикального
потока может достигать 10 м в секунду. В исключительных случаях она доходит до
20 м в секунду. Такой ветер достаточно силен для того, чтобы разбивать капли
воды на более мелкие частицы и уносить их в верхнюю часть облака. Когда
наступает кратковременное затишье, мелкие капельки вновь сливаются в более
крупные, а если ветер ослабевает надолго, они выпадают в виде дождя. Когда
капли распадаются, составляющая их вода электризуется положительно. Воздух же
получает отрицательный заряд, который немедленно поглощается частицами облака,
т. е. мельчайшими капельками, уносимыми вверх. Мелкие капли сливаются снова и
при последующем распаде создают новые положительные заряды. Вследствие этого в
нижней части облака с течением времени скапливается положительное
электричество. Отрицательное же электричество переходит в остальную часть
облака, приобретающую вследствие этого отрицательный заряд.
При накоплении электричества разных знаков внутри облака
происходит электрический разряд (молния), сопровождаемый сильным треском
(громом). Если заряженная туча расположена достаточно близко к земле, то она
вызывает на ближайшей части земной поверхности заряд противоположного знака,
который на возвышенностях может достигать значительной величины. При
достаточном электрическом напряжении между облаком и землей возникнет молния.
Если после возбуждения сильного заряда на поверхности земли
все же произойдет разряд между грозовыми облаками, то в последних напряжение
упадет почти до нуля. При этом зарядившиеся земные предметы мгновенно
разрядятся. Это явление может вызвать смерть человека и животных без всяких
наружных повреждений. Именно под действием таких «возвратных молний»
(происходящих вследствие мгновенного разряжения) и погибали стада. «Возвратные
молнии» чаще всего наблюдаются в горах, где небольшие расстояния между землей и
тучей способствуют возникновению сильных зарядов.
Работы российских (советских) ученых во время Эльбруской
экспедиции Академии Наук (1934 - 1935 гг.) показали, что степень проводимости
(ионизации) воздуха в горах значительно выше, чем «а равнине. У подножья
Эльбруса проводимость в четыре раза меньше, чем на его вершине. Поэтому
высокогорные участки чаще поражаются молнией. Кроме того, встретив гору,
движущиеся горизонтально воздушные массы начнут подниматься по ее склону. На
некоторой высоте водяные пары, охлаждаясь, сгущаются, и образуются облака. В
связи с этим на склонах гор число гроз раза в три-четыре больше, чем. на
равнине (на той же широте), где воздух начнет подыматься в том случае, если
прогреются его нижние слои или произойдет столкновение теплой и холодной
воздушных масс.
В горах во время грозы зона наибольшей опасности находится
примерно на уровне оснований грозовых облаков. Искать спасения от грозы выше
этой зоны не рекомендуется, так как высота грозовых облаков может быть очень
большой – 6 - 8 км. Летчик всегда предпочитает обойти грозовое облако сбоку,
нежели пытаться перевалить через него.
Кроме того, высота опасной зоны меняется в довольно больших
пределах в зависимости от температуры воздуха и влажности. Зимой облака ниже,
летом выше. При увеличении влажности облака образуются на более низком уровне,
что, конечно, повышает опасность поражения молнией. Вообще высота зоны
наибольшей опасности может быть очень большой -достаточно сказать, что грозы
иногда разражаются даже выше вершины Монблана (4800 м). Однако, как правило,
молния редко попадает в самые пики высоких гор, потому что гроза зарождается и
протекает на более низких уровнях.
Грозовую погоду можно заметить издали, особенно при
приближении к горам на самолете. Вершины гор скрыты мощной грозовой
облачностью, и склоны, не освещаемые солнцем, кажутся темными. Нередко в
воздухе видны полосы ливневых осадков.
Грозы в горах наблюдаются обычно во второй половине дня.
Гроза и дождь на наветренном склоне сопровождаются ясной погодой на другой (подветренной)
стороне гор. Это легко объяснить. Представим себе воздушный поток,
переваливающий через горы. Воздух, поднимающийся по наветренному склону горы,
охлаждается примерно на 6° на каждый километр высоты. Если у подошвы горы
температура воздуха была 20° тепла, то на высоте 4 км (на вершине горы)
температура будет 4° ниже нуля.
Водяные пары, которые поднимаются вместе с воздухом,
сгущаются в мельчайшие капельки, образующие облака и осадки. До вершины дойдет
очень небольшое количество этих водяных паров, так как они энергично
расходуются по дороге на образование облаков и выпадающие из них осадки. Сухой
холодный воздух, опускаясь по подветренному склону, начнет нагреваться, но уже
на 10° на каждый километр (вследствие своей сухости). Опустившись до подножья
горы, он будет иметь температуру 36° и ощущаться как сильный и очень теплый
сухой ветер (фён). При этих условиях, конечно, не только не могут образоваться
новые облака, но и имевшиеся до фёна быстро исчезнут (испарятся) под действием
теплого сухого ветра.
Во время грозы безопаснее быть дома, чем под открытым небом,
в особенности, если дом имеет хорошо заземленную металлическую крышу. Вне дома
гораздо лучше находиться в долине, чем на вершине холма, и всегда опасно
укрываться под одиноким деревом. Чем выше дерево, тем больше опасность. Чаще
поражаются те деревья, которые имеют глубокие корни, так как они лучше
заземлены. Безопаснее быть в мокрой одежде, так как она лучше проводит
электричество, чем человеческое тело. Получается своеобразный громоотвод.
Известен такой случай. В 1855 г. во Франции один прохожий
был свален на землю и раздет молнией.. Кроме куска подбитого гвоздями сапога и
одного рукава рубашки, от его промокшей от дождя одежды не осталось никаких
следов. Человек остался живым и пришел в себя через несколько минут после удара
молнии.
Огни Эльма не что иное, как «тихие разряды» электричества.
Они проявляются при достаточно большом электрическом напряжении в нижних слоях
атмосферы в виде голубоватого свечения на остриях возвышенных предметов.
Наблюдаются огни Эльма главным образом во время гроз и шквалов летом, и зимою
во время метели. Так как электрическое напряжение в горах значительно больше,
чем в низменных местностях, огни Эльма наблюдаются преимущественно в горных
районах.
Аналогичное явление - свечение проводов высокого напряжения
известно в электротехнике под названием «коронирующих разрядов» или «короны».
Подобие огней Эльма нетрудно получить в лаборатории. Для этого нужно зарядить
достаточным количеством электричества проводник, снабженный острием. Заряд, как
известно, собирается на острие. Он создает здесь настолько большое напряжение,
что начинается расщепление (ионизация) молекул воздуха на электрически
заряженные частицы (ионы), которые и обусловливают проводимость воздуха. Ионы,
отталкивающиеся от конца острия, гонят с собой воздух и образуют «электрический
ветер», который может задуть пламя свечи. В темноте на острие видно слабое
фиолетовое свечение, испускаемое молекулами ионизированного азота воздуха.
↧