Детский университет. Исследователи объясняют загадки мира. Книга первая

С помощью теории дождевых капель можно объяснить, почему грозы чаще всего бывают летом, даже в безветренную погоду. Влажный воздух сильно нагревается у земли и быстро поднимается в верхние слои атмосферы, где температура ледяная, и вызывает там завихрения. Внутри облачного тумана словно постоянно движется лифт. Мельчайшие частицы льда и воды летают вверх и вниз и трутся друг о друга. От этого — как в случае с янтарем — и возникают электрические заряды и поля. Конечно, гроза бывает не только летом. Электрическое напряжение возникает также, когда ветром приносит воздух низкой температуры, и он сталкивается с областью высокой температуры. В этом случае частицы тоже интенсивно трутся друг о друга.

Мы уже знаем, что нижняя сторона облаков заряжена отрицательно. Теперь нужно представить себе, что этот заряд и его поле действуют на землю как гигантский магнит, заполняющий все пространство между небом и землей. Магнит может притягивать и отталкивать. В нашем случае отрицательный заряд нижней стороны облаков строго отталкивает отрицательно заряженные электроны на земле. В результате на земле увеличивается положительный заряд, то есть напряжение между небом и землей растет.

Со временем напряжение увеличивается до такой степени, что даже воздух, который обычно не проводит электрический ток, уже не препятствие для противоположных зарядов. Предполагают, что напряжение между облаками и землей может достигать ста миллионов вольт. Сравните: в обычной розетке напряжение 220 вольт, но и этот ток может убить человека. Правда, 220 вольт — недостаточное напряжение, чтобы преодолеть сопротивление воздуха, поэтому между дырочками розетки и не сверкает молния. Но в грозу все иначе.

СМЕРТЬ РИХМАНА

Всего через год после эксперимента Франклина исследованием молнии занялся немецкий физик Георг Вильгельм Рихман. Он установил недалеко от своего дома металлический шест и экспериментировал, проводя молнии в землю. На свою беду он подошел слишком близко к шесту в тот момент, когда ударила молния. Она отклонилась и прошла через все тело Рихмана. На лбу у него осталось красное пятно, а внизу, на левом башмаке — большая обугленная дыра. Ученый погиб.

Когда напряжение между облаками и землей вырастает достаточно сильно, происходит внезапный выброс тока, мощный обмен энергией, похожий на взрыв, — это и есть молния. Взрыв при таком коротком замыкании нагревает воздух вокруг до тридцати тысяч градусов.

Это в пять раз больше, чем температура поверхности Солнца, и поэтому газы в воздухе загораются, как на пожаре, и мгновенно расширяются. Результат этого расширения вам хорошо известен — гремит гром. А так как звук распространяется гораздо медленнее света, гром слышно всегда на несколько секунд позже, чем видна молния.

Кстати, может показаться неожиданным, но молнии бьют не только сверху вниз, но и снизу вверх. Дело в том, что молнию обычно запускает «лидер молнии» — первопроходец, прокладывающий путь от тучи к земле. Как электрик, прокладывающий кабель, маленький «лидер молнии» создает в воздухе канал, связывающий отрицательный заряд в тучах с положительным на земле. Когда связь налажена, по каналу проскакивает главный разряд — собственно молния. Положительный заряд на земле притягивает электроны по каналу молнии, и таким образом канал разогревается снизу вверх.

ГРОЗОВОЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ПОЛЕ

Напряженность электрического поля, созданного зарядом, — это сила, с которой поле действует на другие электрические заряды, окружающие его. Она измеряется в единицах «вольт на метр» (В/м). В обычный ясный день естественная напряженность электрического поля на земле — около 100 В/м, а перед грозой она может вырастать до 1000 В/м. Сравните: база беспроводного домашнего телефона создает вблизи себя поле напряженностью 3 В/м.

Но молнии в грозу ударяют не только между тучами и землей. Две трети молний — внутриоблачные разряды. Ведь напряжение существует и между верхними и нижними частями туч.