Молния и гром

1. Как часто возникает молния?

Не везде на земле грозы бывают одинаково часто.

В некоторых жарких, тропических местах грозы происходят круглый год — почти каждый день. В других же местах, расположенных в северных районах, грозы бывают сравнительно редко. В нашем Союзе с его громадной территорией одни районы отличаются по частоте гроз от других весьма значительно. Так, в горных районах Кавказа (Грузия, Армения) число гроз достигает 60–70 в год. В районе же Кольского полуострова, расположенного севернее Ленинграда, грозы наблюдаются очень редко (5–10 в год). В центральных районах нашей страны грозы происходят 15–20 раз в год.

В течение одной грозы может быть очень много молний. Некоторые из них происходят высоко между тучами и земли не касаются. Мы видим их или узнаём о них по свечению в небе. Такие свечения называются зарницами. В некоторых местах Украины ночью видно так много молний и зарниц, что земля почти всё время освещена их светом.

Учёные установили, что на земном шаре в разных его местах всё время происходят грозы. Одновременно в среднем существует около 1000 гроз. Каждую секунду в землю ударяют около 100 молний.

Наблюдения показывают, что в тех местах, где за один год проходит 45–50 гроз, на каждый квадратный километр поверхности земли ударяет в среднем одна молния. Там, где грозы чаще, там и ударов молнии на один квадратный километр больше, а там, где грозы реже, ударов меньше.

2. Куда ударяет молния?

Так как молния представляет собою электрический разряд через толщу изолятора — воздуха, то он происходит чаще всего там, где слой воздуха между тучей и каким-либо предметом на поверхности земли будет меньше. Непосредственные наблюдения это и показывают: молния стремится поразить высокие колокольни, мачты, деревья и другие высокие предметы.

Однако, молния устремляется не только к высоким предметам. Из двух соседних мачт одинаковой высоты, сделанных одна из дерева, а другая из металла, и стоящих невдалеке одна от другой (рис. 15), молния устремится к металлической. Произойдёт это по двум причинам. Во-первых, металл проводит электрический ток гораздо лучше, чем дерево, даже если оно сырое. Во-вторых, металлическая мачта соединена хорошо с землёй, и электричество из земли может во время развития лидера свободнее подтекать к мачте.

Рис. 15. Молния ударяет в металлическую мачту, а не в деревянную, стоящую рядом.

Последнее обстоятельство широко используют для защиты различных строений от ударов молнии. Чем большая поверхность металла мачты соприкасается с землёй, тем легче электричеству из тучи перейти в землю. Это можно сравнить с тем, как струя жидкости льётся через воронку в бутылку. Если отверстие в воронке достаточно большое, струя будет сразу же уходить в бутылку. Если же отверстие в воронке невелико, то жидкость начнёт переливаться через край воронки и выливаться на пол.

Молния может ударить и в ровную поверхность земли, но при этом она тоже устремляется туда, где электрическая проводимость почвы больше. Так, например, сырая глина или болотистое место поражаются молнией скорее, чем сухой песок или каменистая сухая почва. По той же причине молния поражает берега рек и ручьев, предпочитая их возвышающимся вблизи них высоким, но сухим деревьям.

Эту особенность молнии — устремляться к хорошо соединённым с землёй и хорошо проводящим телам — широко используют для осуществления различных защитных устройств. Об этом будет сказано в последней главе нашей книжки.

3. Пожары, вызываемые молнией

Так как молния состоит из воздуха, раскалённого до очень высокой температуры, то соприкосновение её с различными горючими материалами воспламеняет их. Температура канала разряда достигает десятков тысяч градусов; это — во много раз больше температуры горящей спички, пламенем которой можно зажечь бумагу, солому, дерево, керосин и много других материалов. Правда, каждые отдельные вспышки молнии длятся, как мы видели, очень короткое время, но и за это время многие материалы могут воспламениться.

Даже неполный подсчёт показывает, что в СССР за 1938 и 1939 голы имело место около 6000 пожаров, вызванных грозовыми разрядами.

Наибольшее число пожаров от молнии приходится на сельские местности. Это понятно, так как там строения часто имеют деревянные или соломенные крыши, которые легко загораются.

Ущерб, приносимый молниями в промышленности, довольно значителен. Например, в Америке 55 % пожаров нефти, за последние 20 лет, вызвано грозовыми разрядами. Из произошедших там в 1937 г. 620 тысяч пожаров около 20 тысяч возникло от молнии.

При ударе молнии в тонкие проволоки, например в телеграфные провода, они нагреваются и могут расплавиться.

Иногда проволока после прохождения по ней грозового разряда совершенно исчезает. Это значит, что она испарилась, превратившись в металлические пары, совершенно так же, как вода улетучивается из кастрюли при кипячении, превратившись в пар.

Падая на землю, молния пробивает некоторый слой почвы и своим жаром спекает или остекляет песок, оставляя длинные трубки. Молния оставляет как бы расписки на земле.

4. Поражение молнией людей и животных

Если молния ударяет в человека или животное, то в большинстве случаев этот удар бывает смертельным. Лишь в тех случаях, когда поражение производится не основной частью молнии, а её ответвлением, можно отделаться сильными ожогами и увечьями, а иногда остаться невредимым.

Вот несколько таких примеров.

1 октября 1868 года во время грозы в окрестности французского города Бонелло семь человек спрятались под громадным буком. Ударившая в дерево молния убила одну женщину, остальные же люди отделались только испугом. Одежда убитой была изорвана в мелкие клочки, из них некоторые были найдены висящими на дереве.

11 августа 1855 года на дороге около другого французского города один прохожий был повален и раздет молнией. Кроме куска подбитого гвоздями сапога и одного рукава рубашки, от его костюма не осталось никаких следов (видимо, одежда сгорела). Придя в себя через десять минут после этого приключения, человек был очень удивлён, что лежит раздетый, и жаловался на холод. Несмотря на некоторые повреждения, он остался жив.

В человека или животное молния попадает редко. Всё же в местностях с большим количеством гроз от удара молнии ежегодно умирает 10–11 человек из каждого миллиона жителей.

Помимо прямого поражения, молния может воздействовать на живые существа другим путём. Представим себе, что грозовой разряд ударил в землю на некотором расстоянии от идущего человека (рис. 16). Электрический ток молнии, вступая в землю и растекаясь в ней, проходит и под ногами человека, находящегося близко от места удара. Здесь электричество входит в одну ногу, идёт по ней через тело человека и выходит через другую ногу снова в землю.

Рис. 16. Поражение человека током молнии через землю.

Чем более влажна обувь, тем больше электричества входит в тело и тем больше опасность смертельного исхода такого повреждения человека. Но если поражение оказалось и не смертельным, то всё же электрический ток в теле человека может вызвать различные повреждения его организма. Чем больше сила тока молнии и чем суше земля в месте удара, тем больше будет «опасная зона». Впрочем, опасность поражения человека или животного молнией в описанном случае не велика уже на расстоянии 5–10 метров от места удара молнии.

5. Разрушения, вызываемые молнией

Разрушительное действие молнии проявляется в самых разнообразных видах. Известен, например, случай, когда молния, ударившая в старый тополь высотою в 30 метров и обхватом в 3 метра, разбила его на мелкие куски.

При ударе молнии в какое-нибудь здание или предмет, расположенный на земной поверхности, этот предмет разрушается тем больше, чем меньше его проводимость, т. е. чем труднее по нему проходить электричеству. На металлических частях обычно не остаётся и следа от прошедших через них токов молнии. При ударе же молнии в изоляторы или предметы, плохо проводящие электрический ток, часто происходят значительные повреждения.

На рис. 17 слева показан результат удара молнии в высокую кирпичную трубу. Молния совершенно разрушила верхнюю часть трубы длиною около 30 метров. Следующие 15 метров разрушены наполовину, а в нижней части получилась трещина. Отдельные небольшие камни разлетелись на 200–300 метров. Отвалившаяся кирпичная кладка трубы повредила крышу соседнего здания.

Рис. 17. Слева: молния разрушила высокую дымовую трубу; наверху справа: молния, подобно пуле, пробила оконное стекло; внизу справа: молния расщепила пень.

На этом же рисунке видно, как молния пробила оконное стекло подобно пуле, оставив в нём лишь небольшое отверстие (наверху справа). На рис. 17 (внизу справа) показано, как искусственная молния, осуществлённая в лаборатории, расщепила пень.

6. Влияние молнии на работу электрических систем и радио

Очень часто молния ударяет в провода линий передач электрической энергии. При этом либо грозовой разряд поражает один из проводов линии и соединяет его с землёю, либо молния соединяет между собой два или даже три провода. Во всех этих случаях молния, канал которой является хорошим проводником электричества, замыкает провода и направляет электрическую энергию по неправильному пути. Наступает авария, и потребитель остаётся без электроэнергии.

Чтобы предупредить такого рода аварии, принимаются различные меры. Чаще всего над проводами линии электропередачи подвешивают дополнительный провод (его называют тросом), хорошо соединённый с землёй. Так как трос возвышается над остальными проводами линии, то молния ударяет в него и отводится в землю через мачты, на которых он укреплён.

Грозовые разряды оказывают сильные помехи и радиоприёму. Всем радиолюбителям известны характерные трески и щелчки в наушниках или репродукторах. Эти помехи возникают даже при очень далёких грозах. Если гроза находится на расстоянии в несколько десятков километров, то помехи бывают очень сильными. При ещё более близких грозах, радиоприём на антенны делается опасным, потому что молния может ударить в антенну и проникнуть по радиовводу в жилые помещения. В науке хорошо известен случай, когда молния, проникшая таким образом в помещение через небольшую антенну, служившую для физических опытов (радио тогда ещё не было), убила крупного физика, друга Ломоносова — профессора Рихмана.

Для защиты от возможного проникновения молнии в помещение по антенному вводу во время грозы тщательно заземляют антенну с помощью специального переключателя.

7. Можно ли поймать молнию и использовать её энергию?

Используя свойства молнии направляться к высоким предметам, особенно в том случае, если они хорошо проводят электрический ток, можно «ловить» молнию. Для этого в нашем Союзе были использованы воздушные шары, поднимавшие в грозовые тучи металлические тросы, присоединённые к земле. В этих случаях «пойманные» молнии были использованы лишь для научных целей.

Оценить, насколько выгодно использовать энергию молнии для технических целей, можно, определив работу, которую может произвести грозовой разряд. Так как молния длится очень короткое время, то эта энергия оказывается очень небольшой. Подсчитали, что одна молния может «наработать» в среднем лишь на несколько рублей. При такой небольшой работоспособности молнии трудно говорить о целесообразности технического её использования. Применение молнии в качестве источника энергии затруднено ещё и потому, что за один грозовой сезон даже в очень высокий молниеприёмник (400–800 метров над землёй) молния ударяет не более 20–25 раз.