Погода интересует всех

Возникновение объемного заряда и сопровождающих его явлений типа огней Эльма является предпосылкой для электрического разряда, т. е. для молнии. Каков же, однако, путь развития молнии? Отдельные фазы этого электрического разряда удалось выяснить при измерениях под облаками и внутри облаков. При разности потенциалов 30 000 в на метр начинается разряд, который предшествует видимой молнии и называется лидером. Лидер развивается отдельными ступенями, каждая из которых длится несколько тысячных долей секунды, так что лидер успевает за это время продвинуться в сторону земной поверхности лишь на 50—100 м. При этом из многих путей лидер выбирает тот, который дозволяет ему достигнуть земной поверхности возможно быстрее. Как правило, развитие наиболее мощного основного канала Молнии происходит быстрее, чем всех других побочных ее каналов — ответвлений. Когда основной канал молнии приблизится к земной поверхности, навстречу ему с земли начинают двигаться заряды противоположного знака. Через образовавшийся таким образом главный канал в течение 10 микросекунд, т. е. со скоростью, достигающей ¹/₁₀ скорости света, проскакивает весь заряд данной молнии[34]. Все каналы, по которым пробегает электрический ток, образуют знакомую нам линейную (ветвистую) молнию. Молния внутри облака образуется совершенно так же, как между облаком и землей, но только при этом выравниваются электрические заряды разных частей облака.

Нелегко представить себе процесс развития грозового разряда, т. е. распространение ионов отдельными ступенями, создающее линейную молнию. Поясним этот процесс на примере из механики. Всем, конечно, хорошо известны самосвалы, у которых специальный механизм поднимает одну сторону кузова и машина автоматически разгружается. Такие грузовики используются для перевозки песка и камней. Проследим внимательнее за процессом разгрузки песка из кузова самосвала. Когда кузов начинает подниматься, то лишь в отдельных его местах небольшие струйки песка толчками сдвигаются к заднему борту машины. Чем круче наклоняется кузов, тем сильнее будет двигаться песок. Точно так же при постепенном увеличении разности потенциалов между облаком и землей электрический заряд начинает ступенями продвигаться в воздухе. Наконец весь заряд устремляется к земной поверхности. Это происходит, как в примере с песком при достаточно крутом наклоне кузова самосвала. Далее представим себе, что в кузове находится не песок, а какое-то горючее вещество, например порох, который при разгрузке падает на какую-нибудь горячую поверхность. В этом случае порох, достигнув земли, воспламенится сам и тотчас же подожжет все мешки с порохом, еще оставшиеся в кузове или летящие из него к земле. Совершенно так же, когда объемный электрический заряд доходит до земной поверхности, то начинает «гореть» вся та область, внутри которой ионы успели дойти до земли. Благодаря этому и возникает разветвленная линейная молния. Подготовка молнии происходит гораздо медленнее, чем сам разряд. От начала отделения положительных и отрицательных зарядов в облаке до образования лидера часто проходит более получаса, тогда как сама молния длится лишь доли секунды.

Молнию можно еще сравнить с падением груза в паровом молоте. Машина медленно поднимает тяжелый груз вверх, а когда он достигает определенной точки, то удерживающий его трос освобождается и груз быстро падает вниз вдоль тех же направляющих стержней, по которым его поднимали вверх. Когда груз падает на сваю, забиваемую в землю, то мы поражаемся силе его мгновенного удара. Но ведь сначала машина должна была поднять этот груз, а эта-то медленная ее работа обычно не так сильно бросается нам в глаза.

В грозовом облаке при вспышке молнии создаются носители электричества, т. е. ионы. Восходящими движениями воздуха, господствующими в таком облаке, ионы поднимаются на высоту до 5000–7000 м. И лишь когда разность потенциалов между облаком и землей станет достаточно большой, ионы и электроны найдут путь к земной поверхности и тогда блеснет молния. При этом первоначальный, но имеющий решающее значение процесс образования ионов в облаке идет еще медленнее и спокойнее, чем поднимается груз в рассмотренном примере с паровым молотом.

Во время каждой грозы наблюдается в среднем 60 электрических разрядов, а сила тока в одном разряде составляет 60 000 ампер. Но в связи с тем, что разряд происходит очень быстро, энергия молнии оказывается сравнительно небольшой. При напряжении 2 000 000 в, силе тока 60 000 ампер и продолжительности разряда 0,001 секунды энергия молнии в соответствии с формулой

вольт-ампер-секунда = ватт-секунда

составит 2 000 000 60 000 0,001 ватт-секунд = 33,3 киловатт-часов или 29 000 килокалорий.

Это примерно соответствует энергии, получаемой при сжигании всего 3,5 кг каменного угля.