الشفق القطبية. البرق من حيث الكهرباء

إرسال عملك الجيد في قاعدة المعرفة أمر بسيط. استخدم النموذج أدناه

سيكون الطلاب وطلاب الدراسات العليا والعلماء الشباب الذين يستخدمون قاعدة المعرفة في دراساتهم وعملهم ممتنين جدًا لك.

مستضاف على http://www.allbest.ru/

البرق كظاهرة طبيعية

البرق هو تفريغ شرارة كهربائية عملاقة بين السحب أو بين السحب وسطح الأرض ، يبلغ طولها عدة كيلومترات ، وقطرها عشرات السنتيمترات وطول أعشار الثانية. يصاحب البرق الرعد. بالإضافة إلى البرق الخطي ، يتم ملاحظة البرق الكروي أحيانًا.

طبيعة واسباب البرق

العاصفة الرعدية هي عملية معقدة في الغلاف الجوي ، ويرجع حدوثها إلى تكوين السحب الركامية. الغيوم الشديدة هي نتيجة لعدم الاستقرار الكبير في الغلاف الجوي. تتميز العواصف الرعدية بالرياح القوية ، وغالبًا ما تكون أمطار غزيرة (ثلوج) ، وفي بعض الأحيان مصحوبة ببرد. قبل حدوث عاصفة رعدية (ساعة أو ساعتين قبل حدوث عاصفة رعدية) ، يبدأ الضغط الجوي في الانخفاض بسرعة حتى ترتفع الرياح فجأة ، ثم تبدأ في الارتفاع.

يمكن تقسيم العواصف الرعدية إلى محلية ، أمامية ، ليلية ، في الجبال. في أغلب الأحيان ، يواجه الشخص عواصف رعدية محلية أو حرارية. تحدث هذه العواصف الرعدية فقط في الطقس الحار مع الرطوبة العالية في الغلاف الجوي. كقاعدة عامة ، تحدث في الصيف في الظهيرة أو بعد الظهر (12-16 ساعة). يتكثف بخار الماء في التيار التصاعدي للهواء الدافئ على ارتفاع ، بينما يتم إطلاق الكثير من الحرارة وتسخين تيارات الهواء الصاعدة. يكون الهواء المتصاعد أكثر دفئًا من الهواء المحيط ويتمدد حتى يصبح عاصفة رعدية. تمتلئ غيوم العاصفة الكبيرة باستمرار ببلورات الجليد وقطرات الماء. نتيجة التكسير والاحتكاك بينها وبين الهواء ، تتشكل الشحنات الموجبة والسالبة ، والتي ينشأ تحت تأثيرها مجال إلكتروستاتيكي قوي (يمكن أن تصل قوة المجال الكهروستاتيكي إلى 100000 فولت / م). والفرق المحتمل بين الأجزاء الفردية للسحابة أو السحب أو السحابة والأرض يصل إلى قيم هائلة. عندما يتم الوصول إلى التوتر الحرج للهواء الكهربائي ، يحدث تأين للهواء يشبه الانهيار الجليدي - تفريغ شرارة من البرق.

تحدث عاصفة رعدية أمامية عندما تدخل كتل من الهواء البارد منطقة يسودها الطقس الدافئ. يزيح الهواء البارد الهواء الدافئ ، بينما يرتفع هذا الأخير إلى ارتفاع 5-7 كم. تغزو طبقات الهواء الدافئة دوامات من اتجاهات مختلفة ، تتشكل صرخة ، احتكاك قوي بين طبقات الهواء ، مما يساهم في تراكم الشحنات الكهربائية. يمكن أن يصل طول العاصفة الرعدية الأمامية إلى 100 كيلومتر. على عكس العواصف الرعدية المحلية ، عادة ما يصبح الجو أكثر برودة بعد العواصف الرعدية الأمامية. ترتبط العاصفة الرعدية الليلية ببرد الأرض ليلًا وتشكيل تيارات دوامة للهواء الصاعد. تفسر العاصفة الرعدية في الجبال بالاختلاف في الإشعاع الشمسي الذي تتعرض له المنحدرات الجنوبية والشمالية للجبال. العواصف الرعدية الليلية والجبلية ليست قوية وقصيرة.

يختلف نشاط العواصف الرعدية في مناطق مختلفة من كوكبنا. المراكز العالمية للعواصف الرعدية: جزيرة جاوة - 220 ، إفريقيا الاستوائية - 150 ، جنوب المكسيك - 142 ، بنما - 132 ، وسط البرازيل - 106 أيام عاصفة رعدية في السنة. روسيا: مورمانسك - 5 ، أرخانجيلسك - 10 ، سانت بطرسبرغ - 15 ، موسكو - 20 يومًا عاصفة رعدية في السنة.

حسب نوع البرق ينقسم إلى خطي ولؤلؤ وكرة. برق اللؤلؤ والكرة نادر جدًا.

يتطور تفريغ البرق في بضعة أجزاء من الألف من الثانية ؛ في مثل هذه التيارات العالية ، يسخن الهواء في منطقة قناة الصواعق على الفور تقريبًا لدرجة حرارة تصل إلى 30000-33000 درجة مئوية.نتيجة لذلك ، يرتفع الضغط بشكل حاد ، ويتمدد الهواء - تحدث موجة صدمة ، مصحوبة بصوت الدافع - الرعد. نظرًا لحقيقة أن شدة المجال الكهربائي الناتجة عن الشحنة الكهربية الساكنة للسحابة عالية بشكل خاص في الأجسام ذات الرؤوس العالية ، يحدث توهج ؛ نتيجة لذلك ، يبدأ تأين الهواء ، ويحدث تفريغ متوهج وتظهر ألسنة متوهجة حمراء ، وأحيانًا تقصر وتطول مرة أخرى. لا تحاول إطفاء هذه الحرائق لا يوجد احتراق. عند شدة مجال كهربائي عالية ، قد تظهر حزمة من الخيوط المضيئة - تفريغ إكليلي ، مصحوبًا بهسهس. يمكن أن يحدث البرق الخطي أيضًا في بعض الأحيان في غياب السحب الرعدية. وليس من قبيل المصادفة أن نشأ هذا القول - "الرعد من سماء صافية".

اكتشاف كرة البرق

كرة تفريغ البرق الكهربائية

كما يحدث غالبًا ، بدأت الدراسة المنهجية لبرق الكرة بإنكار وجودها: في بداية القرن التاسع عشر ، تم التعرف على جميع الملاحظات المعزولة المعروفة في ذلك الوقت إما على أنها تصوف أو ، في أفضل الأحوال ، خداع بصري.

ولكن بالفعل في عام 1838 ، تم نشر دراسة استقصائية أعدها عالم الفلك والفيزيائي الشهير دومينيك فرانسوا أراغو في الكتاب السنوي للمكتب الفرنسي لخطوط الطول الجغرافية. بعد ذلك ، بدأ تجارب Fizeau و Foucault لقياس سرعة الضوء ، وكذلك العمل الذي قاد Le Verrier إلى اكتشاف Neptune. بناءً على الأوصاف المعروفة آنذاك لبرق الكرة ، توصل أراغو إلى استنتاج مفاده أن العديد من هذه الملاحظات لا يمكن اعتبارها وهمًا. في الـ137 عامًا التي مرت منذ نشر مراجعة أراغو ، ظهرت روايات شهود عيان وصور جديدة. تم إنشاء العشرات من النظريات ، باهظة الثمن ، بارعة ، تلك التي أوضحت بعض الخصائص المعروفة لبرق الكرة ، وتلك التي لم تستطع تحمل النقد الأولي. فاراداي ، كيلفن ، أرهينيوس ، علماء الفيزياء السوفييت Ya.I. فرنكل و ب. Kapitsa والعديد من الكيميائيين المشهورين ، وأخيراً المتخصصين من اللجنة الوطنية الأمريكية للملاحة الفضائية والملاحة الجوية ، حاول ناسا التحقيق وشرح هذه الظاهرة المثيرة للاهتمام والرائعة. ولا يزال البرق الكروي لغزا إلى حد كبير.

طبيعة كرة البرق

ما الحقائق التي يجب أن تربط العلماء بنظرية واحدة لشرح طبيعة حدوث الكرة الصاعقة؟ ما هي حدود الملاحظة على خيالنا؟

في عام 1966 ، وزعت وكالة ناسا استبيانًا على 2000 شخص ، طرح الجزء الأول منه سؤالين: "هل رأيت كرة البرق؟" و "هل رأيت صاعقة خطية في المنطقة المجاورة مباشرة؟" مكنت الإجابات من مقارنة وتيرة مراقبة البرق الكروي مع تكرار مراقبة البرق العادي. كانت النتيجة مذهلة: 409 من أصل 2000 شخص شاهدوا ضربة برق خطية قريبة ، وأقل مرتين من صاعقة الكرة. حتى أنه كان هناك شخص محظوظ قابل البرق 8 مرات - دليل آخر غير مباشر على أن هذه ليست ظاهرة نادرة على الإطلاق كما يُعتقد عمومًا.

أكد تحليل الجزء الثاني من الاستبيان العديد من الحقائق المعروفة سابقًا: يبلغ متوسط ​​قطر البرق الكروي حوالي 20 سم ؛ لا يتوهج بشكل ساطع ؛ غالبًا ما يكون اللون أحمر ، برتقالي ، أبيض. ومن المثير للاهتمام ، أنه حتى المراقبين الذين رأوا الكرة تتلألأ عن قرب لم يشعروا في كثير من الأحيان بإشعاعها الحراري ، على الرغم من أنها تحترق عند لمسها مباشرة.

هناك مثل هذا البرق من بضع ثوان إلى دقيقة. يمكن أن تخترق المبنى من خلال ثقوب صغيرة ، ثم تستعيد شكلها. يفيد العديد من المراقبين أنه يلقي نوعًا من الشرر والدوران. عادة ما تحوم على مسافة قصيرة من الأرض ، على الرغم من أنها شوهدت أيضًا في السحب. أحيانًا يختفي البرق الكروي بهدوء ، لكنه ينفجر أحيانًا ، مما يتسبب في دمار ملحوظ.

الكرة البرق تحمل الكثير من الطاقة. غالبًا ما توجد تقديرات حقيقية مبالغ فيها بشكل متعمد في الأدبيات ، ولكن حتى الرقم الواقعي المتواضع - 105 جول - مثير للإعجاب للغاية بالنسبة للصاعقة التي يبلغ قطرها 20 سم. إذا تم إنفاق هذه الطاقة فقط على الإشعاع الخفيف ، فيمكن أن يتوهج لعدة ساعات. يعتقد بعض العلماء أن البرق يتلقى الطاقة باستمرار من الخارج. على سبيل المثال ، P.L. اقترح Kapitsa أنه يحدث عندما يتم امتصاص حزمة قوية من موجات الراديو ، والتي يمكن أن تنبعث أثناء عاصفة رعدية. في الواقع ، من أجل تكوين مجموعة مؤينة ، وهي كرة برق في هذه الفرضية ، من الضروري وجود موجة ثابتة من الإشعاع الكهرومغناطيسي مع شدة مجال عالية جدًا في العقد العكسية. أثناء انفجار الكرة الصاعقة ، يمكن أن تتطور قوة تبلغ مليون كيلوواط ، لأن هذا الانفجار يحدث بسرعة كبيرة. ومع ذلك ، يمكن لأي شخص أن يرتب انفجارات أكثر قوة ، ولكن إذا ما قورنت بمصادر الطاقة "الهادئة" ، فلن تكون المقارنة في مصلحته.

لماذا يضيء البرق الكرة

دعونا نتناول لغزًا آخر عن البرق الكروي: إذا كانت درجة حرارته منخفضة (في نظرية الكتلة ، يُعتقد أن درجة حرارة البرق الكروي تبلغ حوالي 1000 درجة كلفن) ، فلماذا يتوهج؟ اتضح أن هذا يمكن تفسيره.

أثناء إعادة تركيب المجموعات ، يتم توزيع الحرارة المنبعثة بسرعة بين الجزيئات الأكثر برودة. ولكن في مرحلة ما ، يمكن أن تتجاوز درجة حرارة "الحجم" بالقرب من الجسيمات المعاد تجميعها متوسط ​​درجة حرارة مادة البرق بأكثر من 10 مرات. يضيء هذا "الحجم" مثل غاز مسخن إلى 10000-15000 درجة. هناك عدد قليل نسبيًا من هذه "النقاط الساخنة" ، لذلك تظل مادة البرق الكروي شفافة. يتم تحديد لون البرق الكروي ليس فقط من خلال طاقة الأصداف المذابة ودرجة حرارة "الأحجام" الساخنة ، ولكن أيضًا من خلال التركيب الكيميائي للمادة. من المعروف أنه إذا ظهر البرق الكروي عندما ضرب البرق الخطي الأسلاك النحاسية ، فغالبًا ما يكون ملونًا باللون الأزرق أو الأخضر - "الألوان" المعتادة لأيونات النحاس. تشرح الشحنة الكهربائية المتبقية هذه الخصائص المثيرة لبرق الكرة مثل قدرتها على التحرك عكس الرياح ، والانجذاب إلى الأشياء والتعليق فوق الأماكن المرتفعة.

سبب كرة البرق

لشرح شروط حدوث وخصائص البرق الكروي ، اقترح الباحثون العديد من الفرضيات المختلفة. إحدى الفرضيات غير العادية هي النظرية الغريبة ، التي تنطلق من افتراض أن البرق الكروي ليس سوى نوع من الأجسام الغريبة. هذا الافتراض له أساس ، حيث يزعم العديد من شهود العيان أن البرق الكروي يتصرف ككائن ذكي حي. في أغلب الأحيان ، تبدو وكأنها كرة ، وهذا هو السبب في أنها كانت تسمى كرة نارية في الأيام الخوالي. ومع ذلك ، ليس هذا هو الحال دائمًا: تحدث أيضًا أنواع مختلفة من البرق الكروي. يمكن أن يكون شكل فطر ، قنديل البحر ، دونات ، قطرة ، قرص مسطح ، شكل بيضاوي. غالبًا ما يكون لون البرق أصفر أو برتقالي أو أحمر ، بينما يكون اللون الأبيض والأزرق والأخضر والأسود أقل شيوعًا. ظهور كرة البرق لا يعتمد على الطقس. يمكن أن تحدث في طقس مختلف ومستقلة تمامًا عن خطوط الكهرباء. يمكن أيضًا أن يحدث لقاء مع شخص أو حيوان بطرق مختلفة: الكرات الغامضة إما تحوم بسلام على مسافة ما ، أو تهاجم بغضب ، مما يسبب الحروق أو حتى القتل. بعد ذلك ، قد تختفي بهدوء أو تنفجر بصوت عالٍ. وتجدر الإشارة إلى أن عدد القتلى والجرحى من الأجسام النارية يقارب 9٪ من إجمالي عدد الشهود. في حالة إصابة شخص بضربة صاعقة ، في كثير من الحالات لا يبقى أثر على الجسم ، ولا يتحلل جسد الشخص المقتول بالبرق لسبب لا يمكن تفسيره لفترة طويلة. فيما يتعلق بهذا الظرف ، ظهرت نظرية مفادها أن البرق قادر على التأثير على مسار الوقت الفردي للجسم.

استضافت على Allbest.ru

وثائق مماثلة

استخدام أحدث تقنيات التصوير لإبطاء مرور الوقت وجعل غير المرئي مرئيًا. أبراج النقل التي تفرز صواعق صاعقة ضخمة تصطدم بالسحب. استخدام كاميرات فائقة السرعة لمشاهدة المياه أثناء العمل.

الملخص ، تمت الإضافة في 11/12/2012


دراسة جوهر التكاثر الحيوي - مجموع النباتات والحيوانات والفطريات والكائنات الحية الدقيقة التي تعيش معًا في جزء من سطح الأرض. خصائص تكوين الأنواع وهيكلها والعلاقات بين الكائنات الحية. Zoocenoses من منطقة استبعاد تشيرنوبيل.

الملخص ، تمت الإضافة 11/10/2010


المفهوم والأهمية البيولوجية للأغشية في خلايا الجسم ، وظائفها: الهيكلية والحاجز. أهميتها في التفاعلات بين الخلايا. Desmosome كواحد من أنواع الاتصال الخلوي ، مما يضمن تفاعلهم واتصالهم القوي مع بعضهم البعض.

الملخص ، تمت إضافة 06/03/2014


قيمة الارتباط بين الإشارات العصبية والطول الموجي للضوء الساقط على شبكية العين. تقارب الإشارة ومسارات رؤية الألوان. التكامل والوصلات الأفقية للمعلومات المرئية. عملية الجمع بين الحقلين البصريين الأيمن والأيسر.

الملخص ، تمت الإضافة بتاريخ 31/10/2009


دراسة مفاهيم المجال المغناطيسي للأرض ، تأين الغلاف الجوي للأرض ، الشفق القطبي وتغيرات الجهد الكهربائي. بحث أجراه Chizhevsky (مؤسس علم الأحياء الشمسي) عن تأثير النشاط الشمسي على ديناميات أمراض القلب والأوعية الدموية.

الملخص ، تمت الإضافة في 09/30/2010


دراسة الفروق الفيزيائية بين المجرات الحلزونية والبيضاوية وغير المنتظمة. النظر في محتوى قانون هابل. وصف تطور العلم بأنه انتقال بين الصور العلمية للعالم. توصيف الفرضيات الرئيسية لأصل الأحياء.

الاختبار ، تمت إضافة 2010/03/28


الغلاف المائي هو غلاف مائي متقطع للأرض ، يقع بين الغلاف الجوي وقشرة الأرض الصلبة ويمثل مجمل المحيطات والبحار والمياه السطحية للأرض. مفهوم الغلاف الجوي وأصله ودوره وبنيته ومحتواه.

الملخص ، تمت إضافة 10/13/2011


دراسة آلية الحدوث والمراحل الرئيسية لإمكانات العمل. قوانين التهيج والإثارة. انتشار جهد الفعل على طول الألياف العصبية. توصيف دور الإمكانات المحلية. انتقال الإشارات بين الخلايا العصبية.

الاختبار ، تمت إضافة 2014/03/22


توزيع غير متماثل للأدوار بين نصفي الكرة المخية المتماثل. أنواع التفاعلات بين نصفي الكرة الأرضية. خصائص توزيع الوظائف العقلية بين نصفي الكرة الأرضية الأيمن والأيسر. معالجة المعلومات المتسلسلة.

عرض تقديمي ، تمت إضافة 09/15/2017


دراسة مكونات الجهاز العصبي والدماغ البشري. توصيف مبدأ انتقال النبضات الكهربائية بين الخلايا العصبية. دراسة طرق إنشاء وتشغيل وأهم مجالات تطبيق الشبكات العصبية البيولوجية والاصطناعية.

البرق شرارة كهربائية عملاقة. يضرب الأبنية يسبب الحرائق ويقسم الأشجار ويضرب الناس. تتألق أكثر من 2000 عاصفة رعدية في نقاط مختلفة من الأرض في أي وقت. في كل ثانية ، يضرب حوالي 50 برق سطح الأرض ، وفي المتوسط ​​يضرب البرق كل كيلومتر مربع ست مرات في السنة.

البرق هو تفريغ شرارة كهربائية عملاقة في الغلاف الجوي ، وعادة ما يحدث أثناء عاصفة رعدية ، يتجلى في وميض من الضوء الساطع والرعد المصاحب. كما تم تسجيل البرق على كوكب الزهرة والمشتري وزحل وأورانوس. يصل التيار في تفريغ البرق إلى 10-20 ألف أمبير ، لذلك قلة من الناس يتمكنون من البقاء على قيد الحياة بعد أن ضربهم البرق.

سطح الكرة الأرضية موصل للكهرباء أكثر من الهواء. ومع ذلك ، تزداد الموصلية الكهربائية للهواء مع الارتفاع. عادة ما يكون الهواء موجب الشحنة ، بينما الأرض مشحونة سالبة. يتم شحن قطرات الماء في السحب الرعدية عن طريق امتصاص الجسيمات الصغيرة المشحونة (الأيونات) في الهواء. سقوط من سحابة له شحنة سالبة في الأعلى وشحنة موجبة في الأسفل. تمتص القطرات المتساقطة في الغالب الجسيمات المشحونة سالبة الشحنة وتكتسب شحنة سالبة. في عملية الاضطراب في السحابة ، يتم رش قطرات الماء ، وتطير البخاخات الصغيرة بشحنة سالبة ، والبخاخات الكبيرة بشحنة موجبة. يحدث الشيء نفسه مع بلورات الجليد في الجزء العلوي من السحابة. عندما تنقسم ، تكتسب جزيئات الجليد الصغيرة شحنة موجبة ويتم حملها بعيدًا عن طريق التيارات الصاعدة إلى الجزء العلوي من السحابة ، بينما تقع الجزيئات الكبيرة سالبة الشحنة في الجزء السفلي من السحابة. ونتيجة لفصل الشحنات ، تتشكل الحقول الكهربائية في السحب الرعدية وفي الفضاء المحيط. مع تراكم الشحنات الفضائية الكبيرة في سحابة رعدية ، يحدث تفريغ شرارة (برق) بين أجزاء فردية من السحابة أو بين السحابة وسطح الأرض. تصريفات البرق مختلفة في المظهر. أكثر أنواع البرق الخطي المتفرعة التي يتم ملاحظتها ، وأحيانًا البرق الكروي ، وما إلى ذلك.

البرق له أهمية كبيرة ليس فقط كظاهرة غريبة للطبيعة. إنه يجعل من الممكن ملاحظة التفريغ الكهربائي في وسط غازي بجهد يبلغ عدة مئات من ملايين فولت ومسافة بين الأقطاب الكهربائية لعدة كيلومترات.

في عام 1750 ، اقترح ب. فرانكلين على الجمعية الملكية في لندن إجراء تجربة باستخدام قضيب حديدي ، مقوى على قاعدة عازلة ومثبت على برج مرتفع. توقع أنه عندما تقترب سحابة رعدية من البرج ، ستتركز شحنة العلامة المعاكسة عند الطرف العلوي للقضيب المحايد في البداية ، وستتركز شحنة من نفس العلامة الموجودة في قاعدة السحابة في الطرف السفلي . إذا زادت قوة المجال الكهربائي أثناء تفريغ البرق بشكل كافٍ ، فإن الشحنة من الطرف العلوي للقضيب سوف تستنزف جزئيًا في الهواء ، وسيكتسب القضيب شحنة من نفس علامة قاعدة السحابة.

لم يتم تنفيذ التجربة التي اقترحها فرانكلين في إنجلترا ، ولكن تم إجراؤها في عام 1752 في مارلي بالقرب من باريس من قبل الفيزيائي الفرنسي جان دالمبيرت. عازل) ، لكنه لم يضعه على البرج. أفاد مساعده في 10 مايو أنه عندما كانت السحابة الرعدية فوق القضيب ، ظهرت شرارات عندما تم إحضار سلك مؤرض إليه.

فرانكلين نفسه ، غير مدرك للتجربة الناجحة التي أجريت في فرنسا ، في يونيو من ذلك العام أجرى تجربته الشهيرة باستخدام طائرة ورقية ولاحظ شرارات كهربائية في نهاية سلك مربوط بها. في العام التالي ، أثناء دراسة الرسوم التي تم جمعها من القضيب ، قرر فرانكلين أن قواعد السحب الرعدية عادة ما تكون سالبة الشحنة.

أصبح من الممكن إجراء دراسات أكثر تفصيلاً عن البرق في نهاية القرن التاسع عشر. بفضل تحسين طرق التصوير ، خاصة بعد اختراع الجهاز مع العدسات الدوارة ، مما جعل من الممكن إصلاح العمليات سريعة التطور. تم استخدام هذه الكاميرا على نطاق واسع في دراسة تفريغ الشرر. لقد وجد أن هناك عدة أنواع من البرق ، وأكثرها شيوعًا هو الخطي ، المسطح (داخل السحابة) والكروي (التفريغ الهوائي).

يبلغ طول البرق الخطي 2-4 كم وله تيار كبير. يتشكل عندما تصل شدة المجال الكهربائي إلى قيمة حرجة وتحدث عملية التأين. يتم إنشاء الأخير في البداية عن طريق الإلكترونات الحرة ، والتي توجد دائمًا في الهواء. تحت تأثير المجال الكهربائي ، تكتسب الإلكترونات سرعات عالية وهي في طريقها إلى الأرض ، وتصطدم بذرات الهواء ، وتقسّمها وتأينها. يحدث التأين في قناة ضيقة تصبح موصلة للكهرباء. الهواء يسخن. من خلال قناة من الهواء الساخن ، تتدفق الشحنة من السحابة إلى سطح الأرض بسرعة تزيد عن 150 كم / ساعة. هذه هي المرحلة الأولى من العملية. عندما تصل الشحنة إلى سطح الأرض بين السحابة والأرض ، يتم إنشاء قناة موصلة تتحرك من خلالها الشحنات تجاه بعضها البعض: شحنات موجبة من سطح الأرض وشحنات سالبة متراكمة في السحابة. ويصاحب البرق الخطي صوت دوران قوي - رعد يذكرنا بانفجار. يحدث الصوت نتيجة التسخين السريع وتمدد الهواء في القناة ، ومن ثم يحدث نفس التبريد والضغط السريع.

يحدث البرق المسطح داخل سحابة رعدية ويبدو وكأنه ومضات من الضوء المتناثر.

يتكون البرق الكروي من كتلة مضيئة على شكل كرة ، أصغر إلى حد ما من كرة القدم ، تتحرك بسرعة منخفضة في اتجاه الريح. تنفجر بانفجار كبير أو تختفي دون أثر. يظهر البرق الكروي بعد البرق الخطي. غالبًا ما يدخل المبنى من خلال الأبواب والنوافذ المفتوحة. لم تُعرف بعد طبيعة الكرة الصاعقة ، فالتصريفات الهوائية لبرق الكرة ، التي تبدأ من السحابة الرعدية ، غالبًا ما يتم توجيهها أفقيًا ولا تصل إلى سطح الأرض.

للحماية من الصواعق ، يتم إنشاء قضبان الصواعق ، والتي يتم من خلالها توجيه شحنة البرق إلى الأرض على طول مسار آمن مُعد خصيصًا.

تتكون الصاعقة عادة من ثلاث ضربات متكررة أو أكثر - نبضات تتبع نفس المسار. الفترات الفاصلة بين النبضات المتتالية قصيرة جدًا ، من 1/100 إلى 1/10 ثانية (وهذا ما يسبب وميض البرق). بشكل عام ، يستمر الفلاش لمدة ثانية أو أقل. يمكن وصف عملية تطوير البرق النموذجية على النحو التالي. أولاً ، يندفع قائد التفريغ ضعيف الإضاءة من فوق إلى سطح الأرض. عندما يصل إليه ، يتدفق عكس الضوء الساطع ، أو التفريغ الرئيسي ، من الأرض إلى القناة التي وضعها القائد.

زعيم التفريغ ، كقاعدة عامة ، يتحرك بطريقة متعرجة. تتراوح سرعة انتشاره من مائة إلى عدة مئات من الكيلومترات في الثانية. في طريقه ، يقوم بتأين جزيئات الهواء ، مما يؤدي إلى إنشاء قناة ذات موصلية متزايدة ، يتحرك من خلالها التفريغ العكسي لأعلى بسرعة تزيد بنحو مائة مرة عن سرعة التفريغ الرئيسي. من الصعب تحديد حجم القناة ، لكن قطر التفريغ الرئيسي يقدر بـ1-10 م ، وقطر التفريغ العكسي ، بعدة سنتيمترات.

تصريف البرق يخلق تداخلًا لاسلكيًا عن طريق إرسال موجات راديو في نطاق واسع - من 30 كيلو هرتز إلى ترددات منخفضة للغاية. من المحتمل أن يكون أكبر إشعاع من موجات الراديو في النطاق من 5 إلى 10 كيلو هرتز. يتركز هذا التداخل الراديوي منخفض التردد في الفضاء بين الحد الأدنى للأيونوسفير وسطح الأرض ، وهو قادر على الانتشار لمسافات تصل إلى آلاف الكيلومترات من المصدر.

البرق: واهب الحياة ومحرك التطور. في عام 1953 ، أظهر عالما الكيمياء الحيوية S. Miller (ستانلي ميلر) وج. تمت إذابة الغلاف الجوي "البدائي" للأرض (الميثان والأمونيا والهيدروجين). بعد خمسين عامًا ، كرر باحثون آخرون هذه التجارب وحصلوا على نفس النتائج. وهكذا ، فإن النظرية العلمية لأصل الحياة على الأرض تسند دورًا أساسيًا لضربة البرق. عندما يتم تمرير نبضات تيار قصيرة عبر البكتيريا ، تظهر المسام في غلافها (الغشاء) ، والتي يمكن أن تمر من خلالها شظايا الحمض النووي للبكتيريا الأخرى ، مما يؤدي إلى إحدى آليات التطور.

كيف يمكنك حماية نفسك من البرق بطائرة مائية و ليزر. تم مؤخرًا اقتراح طريقة جديدة للتعامل مع الصواعق. سيتم إنشاء مانع الصواعق من ... نفاثة من السائل ، والتي سيتم إطلاقها من الأرض مباشرة إلى السحب الرعدية. سائل الصواعق عبارة عن محلول ملحي تُضاف إليه البوليمرات السائلة: يهدف الملح إلى زيادة التوصيل الكهربائي ، ويمنع البوليمر التيار من "التفتت" إلى قطرات منفصلة. قطر النفاثة سيكون حوالي سنتيمتر ، وأقصى ارتفاع سيكون 300 متر. عندما يتم الانتهاء من مانع الصواعق السائلة ، سيتم تجهيزه بالرياضات والملاعب ، حيث سيتم تشغيل النافورة تلقائيًا عندما تصبح شدة المجال الكهربائي عالية بدرجة كافية ويكون احتمال حدوث صاعقة في الحد الأقصى. ستتدفق الشحنة عبر تيار من السائل من السحب الرعدية ، مما يجعل البرق آمنًا للآخرين. يمكن إجراء حماية مماثلة ضد تفريغ الصواعق بمساعدة الليزر ، والذي من خلال تأين الهواء ، سيخلق شعاعه قناة لتفريغ كهربائي بعيدًا عن حشود الناس.

هل يمكن أن يضلنا البرق؟ نعم ، إذا كنت تستخدم البوصلة. في الرواية الشهيرة لجي ميلفيل "موبي ديك" ، تم وصف مثل هذه الحالة ، عندما أعاد تفريغ البرق ، الذي خلق مجالًا مغناطيسيًا قويًا ، مغناطيس إبرة البوصلة. ومع ذلك ، أخذ قبطان السفينة إبرة خياطة ، وضربها لمغنطتها ، واستبدلها بإبرة بوصلة مكسورة.

هل يمكن أن يضربك البرق داخل منزل أو طائرة؟ للأسف نعم! يمكن أن يدخل تيار البرق إلى المنزل عبر سلك هاتف من عمود قريب. لذلك ، أثناء عاصفة رعدية ، حاول ألا تستخدم هاتفًا عاديًا. يُعتقد أن التحدث عبر الهاتف اللاسلكي أو الهاتف المحمول أكثر أمانًا. أثناء حدوث عاصفة رعدية ، يجب ألا تلمس التدفئة المركزية وأنابيب السباكة التي تربط المنزل بالأرض. للأسباب نفسها ، ينصح الخبراء بإيقاف تشغيل جميع الأجهزة الكهربائية ، بما في ذلك أجهزة الكمبيوتر والتلفزيون ، أثناء عاصفة رعدية.

بالنسبة للطائرات ، بشكل عام ، فإنها تحاول التحليق فوق مناطق بها نشاط عواصف رعدية. ومع ذلك ، في المتوسط ​​، يضرب البرق إحدى الطائرات مرة واحدة في السنة. لا يمكن لتياره أن يصيب الركاب ، فهو يتدفق على طول السطح الخارجي للطائرة ، لكن يمكنه تعطيل الاتصالات اللاسلكية ومعدات الملاحة والإلكترونيات.

كثير من الناس يخافون من ظاهرة طبيعية مروعة - العواصف الرعدية. يحدث هذا عادة عندما تكون الشمس مغطاة بالغيوم القاتمة ، ويهطل الرعد الرهيب وتهطل بغزارة.

بالطبع ، يجب أن يخاف المرء من البرق ، لأنه يمكن أن يقتل أو يصبح. هذا معروف منذ فترة طويلة ، ولهذا السبب توصلوا إلى وسائل مختلفة للحماية من البرق والرعد (على سبيل المثال ، أعمدة معدنية).

ما الذي يحدث هناك ومن أين يأتي الرعد؟ وكيف يحدث البرق؟

الرعد

عادة ضخمة. يصل ارتفاعها إلى عدة كيلومترات. ليس مرئيًا كيف أن كل شيء يغلي ويغلي داخل هذه السحب المتفجرة. وهي عبارة عن هواء ، بما في ذلك قطرات الماء ، تتحرك بسرعة عالية من الأسفل إلى الأعلى والعكس صحيح.

تصل درجة حرارة الجزء العلوي من هذه السحب إلى -40 درجة مئوية ، وتتساقط قطرات الماء في هذا الجزء من السحابة المتجمدة.

حول أصل السحب الرعدية

قبل أن نعرف من أين يأتي الرعد وكيف يحدث البرق ، دعنا نصف بإيجاز كيف تتشكل السحابة الرعدية.

لا تحدث معظم هذه الظواهر فوق سطح الماء على الكوكب ، ولكن فوق القارات. بالإضافة إلى ذلك ، تتشكل السحب الرعدية بشكل مكثف فوق القارات الاستوائية ، حيث يصبح الهواء بالقرب من سطح الأرض (على عكس الهواء فوق سطح الماء) دافئًا جدًا ويرتفع بسرعة.

عادة ، على منحدرات الارتفاعات المختلفة ، يتشكل هواء دافئ مماثل ، والذي يسحب الهواء الرطب من مساحات شاسعة من سطح الأرض ويرفعه لأعلى.

وهكذا ، تتشكل الغيوم الركامية المزعومة ، وتتحول إلى سحابة رعدية ، كما هو موصوف أعلاه.

الآن دعنا نوضح ما هو البرق ، من أين أتى؟

البرق والرعد

من تلك القطرات شديدة التجمد ، تتشكل قطع من الجليد ، والتي تتحرك أيضًا في السحب بسرعة كبيرة ، فتصطدم وتنهار وتتحمل بالكهرباء. تلك الطوافات الجليدية الأخف والأصغر تبقى في الأعلى ، وتلك الأكبر تذوب ، تنخفض ، وتتحول مرة أخرى إلى قطرات من الماء.

وهكذا ، تنشأ شحنتان كهربائيتان في سحابة رعدية. سلبي في الأعلى ، إيجابي في الأسفل. عندما تلتقي شحنات مختلفة ، تنشأ شحنة قوية ويحدث البرق. من أين أتت ، أصبح واضحا. ثم ماذا يحدث؟ يسخن وميض البرق على الفور ويوسع الهواء من حوله. يسخن الأخير لدرجة أن تأثير الانفجار يحدث. هذا هو الرعد الذي يخيف كل الحياة على الأرض.

اتضح أن كل هذه مظاهر ، ثم يطرح السؤال التالي حول من أين يأتي الأخير وبكميات كبيرة. وأين تذهب؟

الأيونوسفير

اكتشف ما هو البرق ، من أين أتى. الآن قليلا عن العمليات التي تحافظ على شحنة الأرض.

وجد العلماء أن شحنة الأرض بشكل عام صغيرة وتصل إلى 500000 كولوم فقط (مثل بطاريتي سيارة). ثم أين تختفي الشحنة السالبة التي يحملها البرق بالقرب من سطح الأرض؟

عادة ، في الطقس الصافي ، يتم تفريغ الأرض ببطء (يمر تيار ضعيف باستمرار بين طبقة الأيونوسفير وسطح الأرض عبر الغلاف الجوي بأكمله). على الرغم من أن الهواء يعتبر عازلًا ، إلا أنه يحتوي على نسبة صغيرة من الأيونات ، مما يسمح بوجود تيار في حجم الغلاف الجوي بأكمله. نتيجة لذلك ، على الرغم من البطء ، يتم نقل الشحنة السالبة من سطح الأرض إلى ارتفاع. لذلك ، يظل حجم الشحنة الإجمالية للأرض دون تغيير دائمًا.

اليوم ، الرأي الأكثر شيوعًا هو أن البرق الكروي هو نوع خاص من الشحنات على شكل كرة ، وهي موجودة لفترة طويلة وتتحرك على طول مسار غير متوقع.

لا توجد نظرية موحدة لحدوث هذه الظاهرة اليوم. هناك العديد من الفرضيات ، ولكن حتى الآن لم يتم الاعتراف بأي منها بين العلماء.

عادة ، كما يشهد شهود العيان ، يحدث ذلك في عاصفة رعدية أو عاصفة. لكن هناك أيضًا حالات لحدوثه في الطقس المشمس. غالبًا ما ينتج عن البرق العادي ، وأحيانًا يظهر وينزل من السحب ، وفي كثير من الأحيان يظهر بشكل غير متوقع في الهواء أو يمكن أن يخرج من جسم ما (عمود ، شجرة).

بعض الحقائق المثيرة للاهتمام

اكتشفنا من أين تأتي العاصفة الرعدية والبرق. الآن قليلا عن الحقائق الغريبة المتعلقة بالظواهر الطبيعية الموصوفة أعلاه.

1. تتعرض الأرض لما يقرب من 25 مليون وميض برق كل عام.

2. يبلغ متوسط ​​طول البرق حوالي 2.5 كيلومتر. كما توجد تصريفات تمتد في الغلاف الجوي لمسافة 20 كم.

3. هناك اعتقاد بأن البرق لا يمكن أن يضرب نفس المكان مرتين. في الواقع ، هذا ليس كذلك. تظهر نتائج التحليل (على خريطة جغرافية) لمواقع الصواعق على مدى السنوات القليلة الماضية أن البرق يمكن أن يضرب نفس المكان عدة مرات.

لذلك اكتشفنا ما هو البرق ، من أين يأتي.

تتشكل العواصف الرعدية نتيجة لأكثر الظواهر الجوية تعقيدًا على نطاق الكواكب.

يحدث ما يقرب من 50 ومضة برق على كوكب الأرض كل ثانية.

البرق هو تفريغ كهربائي قوي. يحدث عندما يكون هناك كهربة قوية للسحب أو الأرض. لذلك ، يمكن أن تحدث تصريفات الصواعق إما داخل السحابة ، أو بين السحب المكهربة المجاورة ، أو بين السحابة المكهربة والأرض. يسبق تفريغ البرق حدوث اختلاف في الجهد الكهربائي بين السحب المجاورة أو بين السحابة والأرض.

الكهربة ، أي تكوين قوى جذابة ذات طبيعة كهربائية ، معروفة جيدًا للجميع من التجربة اليومية.

ما الذي يجعل السحب مكهربة؟ بعد كل شيء ، هم لا يحتكون ببعضهم البعض ، كما يحدث عندما تتشكل شحنة كهروستاتيكية على الشعر وعلى المشط.

السحب الرعدية عبارة عن كمية هائلة من البخار ، يتكثف بعضها على شكل قطرات صغيرة أو طوف جليدي. يمكن أن يصل ارتفاع الجزء العلوي من السحابة الرعدية إلى 6-7 كيلومترات ، ويتدلى الجزء السفلي من سطح الأرض على ارتفاع يتراوح بين 0.5 و 1 كيلومتر. تتكون السحب التي يزيد ارتفاعها عن 3-4 كيلومترات من طوافات جليدية بأحجام مختلفة ، حيث تكون درجة الحرارة دائمًا أقل من الصفر. هذه الطوافات الجليدية في حركة مستمرة ، بسبب تصاعد التيارات من الهواء الدافئ من سطح الأرض الساخن. قطع الجليد الصغيرة أسهل من القطع الكبيرة التي يمكن حملها بعيدًا عن طريق التيارات الهوائية الصاعدة. لذلك ، فإن الجليد الطافي الصغير "الذكي" ، الذي ينتقل إلى الجزء العلوي من السحابة ، يصطدم طوال الوقت بالأجزاء الكبيرة. كل تصادم من هذا القبيل يؤدي إلى الكهرباء. في هذه الحالة ، يتم شحن قطع الجليد الكبيرة سلبًا ، ويتم شحن القطع الصغيرة بشكل إيجابي. بمرور الوقت ، تكون قطع الجليد الصغيرة موجبة الشحنة في الجزء العلوي من السحابة ، والقطع الكبيرة سالبة الشحنة في الجزء السفلي. بعبارة أخرى ، الجزء العلوي من السحابة الرعدية موجب الشحنة ، بينما الجزء السفلي مشحون سالبًا.

المجال الكهربائي للسحابة له شدة هائلة - حوالي مليون فولت / م. عندما تقترب مناطق كبيرة مشحونة بشكل معاكس من بعضها البعض ، فإن بعض الإلكترونات والأيونات ، التي تعمل فيما بينها ، تخلق قناة بلازما متوهجة تندفع من خلالها بقية الجسيمات المشحونة وراءها. هذه هي الطريقة التي يحدث بها البرق.

أثناء هذا التفريغ ، يتم إطلاق طاقة ضخمة - تصل إلى مليار J. تصل درجة حرارة القناة إلى 10000 كلفن ، مما يؤدي إلى الضوء الساطع الذي نلاحظه أثناء تفريغ البرق. يتم تفريغ السحب باستمرار من خلال هذه القنوات ، ونرى المظاهر الخارجية لهذه الظواهر الجوية على شكل برق.

يتوسع الوسط المتوهج بشكل متفجر ويسبب موجة صدمة ، يُنظر إليها على أنها رعد.

يمكننا نحن أنفسنا محاكاة البرق ، وإن كان مصغرًا. يجب إجراء التجربة في غرفة مظلمة ، وإلا فلن يكون هناك شيء مرئي. نحن بحاجة بالونين مستطيل. دعونا ننفخهم ونربطهم. بعد ذلك ، تأكد من عدم لمسها ، افركها في نفس الوقت بقطعة قماش صوفية. الهواء الذي يملأها مكهرب. إذا تم تجميع الكرات معًا ، مع ترك فجوة صغيرة بينها ، فستبدأ الشرارات في القفز من واحدة إلى أخرى عبر طبقة رقيقة من الهواء ، مما يؤدي إلى ومضات ضوئية. في الوقت نفسه ، سنسمع صوت طقطقة خافت - نسخة مصغرة من الرعد أثناء عاصفة رعدية.

لاحظ كل من رأى البرق أنه ليس خطًا مستقيمًا متوهجًا ، ولكنه خط متقطع. لذلك ، فإن عملية تشكيل قناة موصلة لتفريغ البرق تسمى "الخطوة الرائدة". كل من هذه "الخطوات" هي المكان الذي توقفت فيه الإلكترونات المتسارعة إلى سرعات قريبة من الضوء بسبب التصادم مع جزيئات الهواء وتغيير اتجاه الحركة.

وبالتالي ، فإن البرق هو انهيار لمكثف ، يكون فيه العازل عبارة عن هواء ، والألواح عبارة عن غيوم وأرض. سعة مثل هذا المكثف صغيرة - حوالي 0.15 ميكروفاراد ، لكن احتياطي الطاقة ضخم ، لأن الجهد يصل إلى مليار فولت.

يتكون البرق عادةً من عدة تصريفات ، يستمر كل منها بضع عشرات من المليون من الثانية.

غالبًا ما يحدث البرق في السحب الركامية. يحدث البرق أيضًا أثناء الانفجارات البركانية والأعاصير والعواصف الترابية.

هناك عدة أنواع من البرق وفقًا لشكل التفريغ واتجاهه. يمكن أن يحدث التفريغ:

• بين سحابة العاصفة والأرض ،
• بين سحابين
• داخل السحابة
• تحرك من الغيوم إلى سماء صافية.

بسطت الغيوم اجنحتها وأغلقت عنا الشمس ...

لماذا نسمع أحيانًا الرعد ونرى البرق عند هطول الأمطار؟ من أين تأتي هذه الفاشيات؟ الآن سوف نتحدث عن هذا بالتفصيل.

ما هو البرق؟

ما هو البرق؟ هذه ظاهرة طبيعية مدهشة وغامضة للغاية. يحدث ذلك دائمًا تقريبًا أثناء عاصفة رعدية. بعض الناس مندهشون والبعض خائفون. يكتب الشعراء عن البرق ، ويدرس العلماء هذه الظاهرة. لكن الكثير لا يزال دون حل.

هناك شيء واحد معروف على وجه اليقين - إنه شرارة عملاقة. انفجرت مثل مليار مصباح كهربائي! طوله ضخم - عدة مئات من الكيلومترات! وهي بعيدة جدا عنا. هذا هو السبب في أننا نراها أولاً ، وعندها فقط نسمعها. الرعد هو "صوت" البرق. بعد كل شيء ، يصل إلينا الضوء أسرع من الصوت.

وهناك برق على الكواكب الأخرى. على سبيل المثال ، على كوكب المريخ أو الزهرة. يستمر البرق الطبيعي لجزء من الثانية فقط. يتكون من عدة فئات. يظهر البرق أحيانًا بشكل غير متوقع تمامًا.

كيف يتكون البرق؟

يولد البرق عادة في سحابة رعدية عالية فوق الأرض. تظهر السحب الرعدية عندما يبدأ الهواء في التسخين بشدة. هذا هو السبب وراء حدوث عواصف رعدية مذهلة بعد موجة الحر. تتدفق بلايين الجسيمات المشحونة إلى المكان الذي نشأت فيه. وعندما يكون هناك الكثير منها ، فإنها تشتعل. هذا هو المكان الذي يأتي منه البرق - من سحابة رعدية. يمكنها أن تضرب الأرض. الأرض تجذبها. لكنها يمكن أن تنكسر في السحابة نفسها. كل هذا يتوقف على نوع البرق.

ما هي صواعق البرق؟

هناك أنواع مختلفة من البرق. وتحتاج إلى معرفة ذلك. هذا ليس مجرد "شريط" في السماء. كل هذه "الشرائط" تختلف عن بعضها البعض.

البرق دائمًا هو ضربة ، إنه دائمًا تفريغ بين شيء ما. هناك أكثر من عشرة منهم! في الوقت الحالي ، سنقوم بتسمية أبسط الصور فقط ، مع إرفاق صور البرق بها:

• بين السحب الرعدية والأرض. هذه هي "الشرائط" ذاتها التي تعودنا عليها.

بين شجرة طويلة وسحابة. نفس "الشريط" ، لكن الضربة موجهة في الاتجاه الآخر.

البرق الشريط - عندما لا يكون "الشريط" واحد ، ولكن عدة في نفس الوقت.

• بين السحابة والسحابة ، أو ببساطة "تشغيل" في سحابة واحدة. غالبًا ما يُرى هذا النوع من البرق أثناء العواصف الرعدية. أنت فقط بحاجة إلى توخي الحذر.

• وهناك أيضا بروق أفقية لا تلمس الأرض إطلاقا. لقد وهبوا قوة هائلة ويعتبرون الأكثر خطورة

• لقد سمع الجميع عن كرة البرق! قلة من الناس رأوها. هناك عدد أقل ممن يرغبون في رؤيتهم. وهناك أناس لا يؤمنون بوجودهم. لكن الكرات النارية موجودة! من الصعب تصوير مثل هذا البرق. إنه ينفجر بسرعة ، على الرغم من أنه يمكن أن "يمشي" ، لكن من الأفضل لشخص بجانبها ألا يتحرك - إنه أمر خطير. لذا - لا تصل الكاميرا هنا.

• نوع من البرق باسم جميل جدا - "حرائق سانت إلمو". لكنها ليست برقًا حقًا. هذا هو التوهج الذي يظهر في نهاية عاصفة رعدية على المباني المدببة والفوانيس وصواري السفن. أيضا شرارة ، إلا أنها ليست مخففة وليست خطيرة. حرائق سانت إلمو جميلة جدا.

• يحدث البرق البركاني عندما ينفجر البركان. البركان نفسه به بالفعل شحنة. ربما هذا هو ما يسبب البرق.

• البرق هو شيء لا يمكنك رؤيته من الأرض. لقد نشأت فوق السحاب ولم يدرسها سوى قلة من الناس حتى الآن. تبدو هذه الصواعق مثل قناديل البحر.

• لم تتم دراسة البرق المنقط تقريبًا. من النادر جدًا رؤيته. بصريًا ، يبدو حقًا كخط منقط - كما لو كان شريط البرق يذوب.

هذه هي أنواع البرق المختلفة. لا يوجد سوى قانون واحد لهم - التفريغ الكهربائي.

خاتمة.

حتى في العصور القديمة ، كان البرق يعتبر علامة وغضب الآلهة. لقد كانت لغزا من قبل ولا تزال كذلك حتى الآن. بغض النظر عن كيفية تحللها إلى أصغر الذرات والجزيئات! وهي دائما جميلة بشكل مذهل!