Электрические явления в атмосфере

В обычных условиях газы являются диэлектриками, т.к. почти полностью состоят из нейтральных атомов и молекул. Но при нагревании газа, а так же под воздействием излучения (ультрафиолетового, рентгеновского или радиоактивного) происходит ионизация газов – распад их нейтральных атомов и молекул на ионы и электроны. Ионизация может происходить и при соударении атомов и молекул, движущихся с очень большой скоростью, с последующим выбиванием электронов. Таким образом в воздухе накапливаются свободные электрические заряды: электроны, положительные и отрицательные ионы. С наличием свободных электрических зарядов в воздухе связаны несколько интересных явлений.


      Электрические явления в атмосфере

В воздухе вблизи заострённых проводников может наблюдаться свечение, которое впервые видели мореплаватели и назвали «огнями Эльма». Они бывают в виде отдельных мерцающих огоньков или даже в виде «факелов». Иногда они настолько похожи на языки пламени, что их бросаются тушить. Несмотря на всю кажущуюся необычность этого явления, оно довольно просто объясняется. В предгрозовой атмосфере существует сильное электрическое поле, которое по индукции вызывает появление зарядов на различных токопроводящих (влажных) предметах, например, мачтах кораблей. И огни – это тихие электрические разряды во влажной атмосфере. В физике такой разряд называют коронным, то есть венчающим какой-либо предмет подобно короне. Из различных острых выступов – шпилей, башен, высоких шестов, деревьев и т.д. – начинают выскакивать одна за другой маленькие электрические искры. Если искр много, мы видим бледно-голубоватое сияние, похожее на язычки пламени.


      Электрические явления в атмосфере

При свечении разреженных газов в верхней части атмосферы, называемой ионосферой, наблюдается интересное природное явление – полярное сияние. Оно возникает на высоте 80 и более километров от поверхности земли. Это явление тесно связано с активностью Солнца. В его недрах при температуре в несколько миллионов градусов происходят ядерные реакции (превращения одних атомов в другие). При этом выбрасываются потоки заряженных частиц, которые летят во все стороны, в том числе и к Земле.
Когда они достигают верхних разреженных слоёв атмосферы, они сталкиваются с атомами и молекулами воздуха (главным образом, азота и кислорода) и заставляют их светиться. А так как Земля является огромным магнитом, она притягивает к себе эти движущиеся потоки частиц и отклоняет их к магнитным полюсам, которые находятся вблизи Северного и Южного географических полюсов Земли. Поэтому наиболее интенсивно полярное сияние проявлеется в райнах Земли, близких к полюсам.
Максимальный заряд в неживой природе имеют грозовые тучи. Они содержат водяные капли и ледяные кристаллики, которые электризуются при падении (трении друг о друга, о воздух, дроблении на более мелкие). Установлено, что в верхней части тучи собираются положительные заряды, а в её нижней части – накапливаются отрицательные. Поверхность Земли над тучей по индукции заряжается положительно. Внутри тучи, а также между ней и Землёй возникают разряды – молнии.


      Электрические явления в атмосфере

Электрический разряд в атмосфере в виде линейной молнии представляет собой электрический ток длительностью 0,2-0,3 секунды. Примерно 65% всех молний имеют значение силы тока до 10000 А, но иногда достигают и 230000 А. Канал молнии, через который протекает ток, сильно разогревается и ярко светит. Температура канала достигает десятков тысяч градусов, давление повышается, воздух расширяется и происходит резкое расширение раскалённых газов. Это мы воспринимаем как гром.
Для защиты зданий и других построек от грозовых разрядов применяют молниеотводы, которые представляют собой металлические стержни, возвышающиеся над защищаемым объектом. Основное назначение молниеотводов – не принимать удар на себя, а предотвратить его возникновение. Это достигается тем, что на острие молниеотвода под влиянием заряда облака по индукции скапливается заряд противоположного знака, который переходит в воздух. Электрическое поле вокруг ослабевает, поэтому уменьшается вероятность удара молнии.
К электрическим явлениям в атмосфере, вероятно, следует отнести и шаровую молнию – крайне редко, но достоверно наблюдаемое явление. Научного объяснения оно пока не получило.

Чеснова Анастасия Владимировна (Владимирская область, г. Гусь-Хрустальный)

 

Страница обновлена: 27.09.2016