На головну

Волонтерство: поняття, історія, основні характеристики

  1.  Event-менеджмент - поняття, основні методи.
  2.  I. Основні богословські положення
  3.  I. ОСНОВНІ Богословська ПОЛОЖЕННЯ
  4.  I. Основні завдання та напрямки роботи бібліотеки
  5.  I. Основні лінгвістичні джерела.
  6.  I. Основні права громадян
  7.  II. БІОЛОГО - ЕКОЛОГІЧНІ ХАРАКТЕРИСТИКИ ОКРЕМИХ

Поява кульової блискавки, як правило, пов'язане з грозової діяльністю протікає в атмосфері, тому перш ніж намагатися зрозуміти її внутрішню будову, необхідно представити ті зовнішні умови, в яких відбувається її освіту і існування.

Розглянемо, яким чином відбувається утворення звичайної блискавки, і які електричні процеси супроводжують цих явищ. В результаті тертя падаючих крапель води про повітря відбувається їх електризація, величина якої визначається відносною швидкістю руху в повітрі і енергією зв'язку зовнішніх електронів в атомах складових молекули води і повітря. Знак заряду обумовлений тим, які атоми, води або зустрічного потоку повітря, легше віддають свої валентні електрони. В даному випадку це будуть краплі води, до складу яких входить водень що відноситься до групи металів.

Втрата електронів краплями води буде відбуватися при їх прискореному русі щодо повітря, так як позитивний заряд, який утворюється на краплях буде притягати назад електрони з навколишнього середовища, таким чином, при постійній швидкості встановлюється рівновага і заряд краплі змінюватися не буде.

Процес прискореного руху відбувається в межах області хмари, коли йде зростання маси краплі, за рахунок її руху в середовищі насиченої водяною парою. Прискорення при цьому обумовлюється за рахунок прискорення вільного падіння мінус прискорення, створюване за рахунок приєднання частинок пара і опором повітря. За межами хмари прискорення руху краплі відбувається під дією сил гравітації і опору повітря. У міру наближення до землі воно буде негативним, так як зростає щільність повітря, а за рахунок випаровування зменшується вага краплі.

В результаті складного руху краплі, її заряд змінюватиметься в процесі всього польоту. При русі у верхній і середній області хмари, коли крапля відчуває позитивне прискорення, а маса її зростає, вона, втрачаючи електрони, набуває позитивний заряд, в той час як навколишній простір накопичує негативний заряд. При виході із хмари, коли прискорення стає негативним, а крапля, на якій зосереджений позитивний заряд, випаровується, вона втрачає частину свого заряду. Але чим більший позитивний заряд матиме навколишнє повітря, в результаті своєї взаємодії з потоком попередніх крапель, тим менший позитивний заряд буде втрачати крапля. При падінні на землю накопичені краплею позитивні заряди заряджають останню.

Таким чином, при проходженні дощу або снігу в області хмари накопичується надлишок електронів, т. Е. Негативний заряд. На поверхні і над поверхнею землі матиме місце недолік електронів, що відповідає позитивному заряду. при цьому над поверхнею землі рівень позитивної іонізації повітря, в основному, визначається температурним режимом і вологістю, так як від них залежить швидкість випаровування падаючих крапель. Позитивно заряджена маса повітря, розташована над поверхнею землі, буде дрейфувати під дією електричного поля між хмарою і землею вгору, створюючи висхідні потоки. крім цього однойменно заряджені молекули повітря будуть відштовхуватися один від одного з деякою силою, яка в сумі з барометричним тиском, існуючому в позитивно зарядженому повітрі, дорівнюватиме тиску незарядженою повітряної маси. Таким чином, утворюється область зниженою щільності повітряної маси, при незмінному тиску у всьому просторі, яка буде підніматися вгору в середовищі атмосфери з більшою щільністю за рахунок сили Архімеда.

Мал. 1. накопичення зарядів в хмарі.

З іншого боку на негативно заряджену частину хмари, буде діяти сила тяжіння з боку позитивно зарядженої маси повітря і землі, спрямована вниз, сила Архімеда спрямована вгору, а також сила спрямована вгору за рахунок підйому позитивно зарядженої маси повітря. В результаті частина хмари буде виноситися у верхні шари атмосфери, де в залежності від висоти матиме місце негативна температура, що може привести до утворення граду.

Хмара і висхідний потік повітря при зустрічному русі утворюють область нейтралізації зарядів. В області нейтралізації зарядів виникне підвищений тиск. розтікання нейтрально зарядженого повітря породжує турбулентність рухомих потоків.

Між різнойменно зарядженими іонами зустрічно-рухаються потоків перебуватиме свого роду ізолятор з нейтрального газу, який весь час поповнюється за рахунок нейтралізації позитивних і негативних іонів при їх рекомбінації. За рахунок турбулентності руху потоків напрямок руху частини маси повітря і крапель води в хмарі збігається в області, де відбувається нейтралізація іонів і повітря «нерухомий», а нижче цієї області спрямований назустріч падаючої краплі. В результаті такого руху крапля, потрапляючи в область «нерухомого» повітря, віддаватиме цій галузі свої електрони, заряджаючи її за рахунок позитивного прискорення щодо навколишнього повітря. Слід враховувати, що крапля на початку руху перебувала в області з надлишком електронів і, віддаючи частину своїх електронів, залишилася негативно зарядженої. При подальшому русі краплі в області з позитивними іонами, що рухаються назустріч, відбувається подальша втрата електронів з її боку. В результаті негативні заряди, що накопичуються в верхній і середній частинах хмари, будуть переміщатися до кордону розділу між позитивно і негативно зарядженими областями атмосфери. Сама межа розділу, що складається з нейтрального газу також буде опускатися до землі.

У міру накопичення зарядів на землі і в хмарі зростає напруженість електричного поля, а заряди будуть зосереджуватися на звернених один до одного поверхнях. відомо, що найбільша напруженість поля буде на виступаючих місцях: Блискавковідводи, дерева, висотні споруди. Настає електричний пробою, утворюється канал блискавки і відбувається нейтралізація зарядів накопичених в хмарі і позитивно зарядженої масі повітря. Пробій настає не «в землю», а «в позитивно заряджену область» повітря, яка піднімається від землі і знаходиться значно ближче ніж громовідводи і висотні споруди. Пробивається проміжок складається з «нейтрального» повітря, який розташований між різнойменними зарядами, а для цього не потрібна різниця потенціалів в мільярди вольт, яка необхідна для пробою проміжків вимірюються кілометрами.

Явище пробою примітно тим, що щільність негативних зарядів ізолюючого шару з «нейтрального» повітря з одного боку, значно перевищує щільність позитивних з іншого, тому електрони, потрапляють при пробої в область з позитивними іонами і перезаряджати останні. В результаті відштовхування між негативними іонами утворюється зона зниженого тиску. Вона має високу електропровідність і тому заповнюється вільними електронами. Під дією електричного поля до цієї зони починають переміщатися позитивні іони повітря з навколишнього простору. Потрапляючи на кордон розділу позитивно заряджені іони частково рекомбінують, а при подальшому переміщенні до центру, під дією різниці тисків, перезаряджаються і виштовхуються електричним полем. У процесі нейтралізації іонів утворюється плазма, яка екранує полі електронів і таким чином зменшує взаємодію електронів розташованих в зоні розрядження з навколишніми її позитивними зарядами (радіус Дебая). Навколо стовбура блискавки утворюється достатня для екранування «кількість» плазми, перешкоджаючи таким чином його руйнування. Настає в такий спосіб голова стовбура блискавки, до якої починають переміщатися позитивно заряджені іони повітря з навколишнього простору, виявляється слабо екранованої і електрони, стікаючи до неї, будуть прагне до області з великим позитивним потенціалом. Переміщення голови стовбура блискавки відбуватиметься до найближчій позитивно зарядженої області. Останні розподілені в просторі випадково, тому переміщення голови виглядає зигзагоподібним. У процесі нейтралізації іони молекул повітря будуть піддаватися дії підвищеного тиску виникає за рахунок зустрічного переміщення негативних і позитивних іонів, що в свою чергу буде перешкоджати їх переміщенню, а, отже і руйнування каналу блискавки.

Про стійкість існування каналу блискавки говорить той факт, що у автора цієї гіпотези є записи реєстрації розрядів під Санкт-Петербургом, тривалість яких досягала 7 секунд і це були непоодинокі явища.

Таким чином, канал блискавки в розрізі можна уявити моделлю, представленої на малюнку. вона являє собою свого роду «вакуумний» провідник, частково ізольований від зовнішнього простору шаром іонізованого повітря під високим тиском, а також плазмою яка екранує електричне поле. При руйнуванні цього провідника відбувається вибух - заповнення розрідженого простору і руйнування оболонки каналу блискавки, що ми і чуємо як грім. В кінцевому підсумку переміщення голови блискавки закінчується там, де виявиться зосередженим найближчий найбільший позитивний заряд, який в змозі нейтралізувати електрони надходять по каналу блискавки. Таким чином, відбувається утворення каналу блискавки і розряд накопиченого електричного заряду через цей канал.

Мал. 2. формування стовбура блискавки: 1 - простір насичене позитивно зарядженими іонами; 2 - область високого тиску; 3 - область, де відбувається іонізація молекул повітря електронами; 4 - область низького тиску зайнята електронами.

В результаті розряду, заряд землі і хмари може значно зменшиться, однак заряд іонів повітря практично не змінюється. Більш того, якщо врахувати, що струм, який протікає по каналу блискавки, створює значні магнітні поля, а сам канал має велику протяжністю, отже і індуктивністю, то можливо таке перерозподіл, при якому заряд ділянки землі стане негативним, а хмари позитивним. Іонізоване повітря, який раніше відштовхувався від землі, тепер буде до неї притягатися. В результаті позитивно заряджене хмару повітря під дію електричних сил буде притискатися до землі. Таким чином, утворюється область, в якій досить довгий час існують два протилежних пов'язаних заряду - один з них зосереджений в іонізованому повітрі, а інший в землі.

В цьому випадку розряд блискавки відбуватиметься між негативно і позитивно зарядженими областями. При цьому потік електронів рухатиметься вниз до тих пір, поки негативний заряд землі не стане його відштовхувати. Таким чином потік електронів не доходить до землі, в якій сталося б його розтікання, а зосереджується в області позитивно іонізованого повітря, нейтральні молекули якого є ізолятором. В даному випадку мова йде про іонізованому повітрі. Та частина іонів повітря, яка стикається з негативно зарядженої частиною хмари рекомбинирует і стаючи нейтральними. Таким чином, виходить, що в просторі існують дві області різнойменних зарядів ізольованих один від одного. Така ізоляція не є стабільною.

Мал. 3. пристрій кульової блискавки: 1 - область низького тиску, зайнята електронами; 2 область, де відбувається іонізація молекул повітря електронами; 3 - область високого тиску (близько 100000 атм.), В якій відбувається рекомбінація позитивно і негативно заряджених іонів і утворюється екранує шар плазми (радіус Дебая) та ізоляції з нейтральних молекул повітря; 4 - навколишній простір, насичене позитивно зарядженими іонами.

В області з однойменно зарядженими зарядами виникає виряджене простір за рахунок відштовхування. У той же час на кордоні, де відбувається нейтралізація позитивно і негативно заряджених іонів буде присутній область підвищеного тиску, за рахунок їх тяжіння. Наявність області підвищеного тиску, в якій в основному знаходяться нейтральні молекули, значно зменшує швидкість переміщення іонів в цій області, а також збільшує напругу пробою, яке визначається для газів здатністю організації каналів. При рекомбінації відбуватиметься виділення енергії, в результаті чого утворюється плазма, яка в значній мірі екранує електричне поле, що так само обмежує швидкість зустрічного переміщення різнойменних іонів повітря. Ці процеси, в кінцевому рахунку, визначають час стійкого існування структури зарядів, яка називається кульовою блискавкою. В позитивно іонізовану область простору негативні заряди можуть потрапляти не тільки в результаті розряду в цю область нової блискавки, вони можуть вступити туди по проводять предметів які потрапили хоча б частково в цю область.

У літературі неодноразово описувалося, що кульові блискавки виникають з розеток. У випадку з Ріхманом, помічником Ломоносова, кульова блискавка виникла з розірваного провідника від громовідводу. Схильність з'являтися з димоходів цілком ймовірно пояснюється тим, що сажа яка там міститься, є провідником, а самі труби виконують роль громовідводів, причому, так як їх нижній кінець знаходиться в області насиченою позитивними іонами, а не з'єднаний в даному випадку з негативно зарядженої землею , як у громовідводи, то, незважаючи на свою висоту, вони явно мають перевагу перед останніми по притяганню кульових блискавок, особливо якщо враховувати що руйнування негативного заряду в землі, за рахунок падаючих позитивно заражених крапель, під будівлями відбувається набагато повільніше, наприклад, якщо стіни виконані з ізолюючих матеріалів (дерев'яні, сухий цегла, і т. д.).

На підставі вищевикладеного пояснимо реальне подія. У «Комсомольській правді» промайнуло повідомлення про те, що сталося ураження блискавкою дівчини стоїть недалеко від дерева, в яке влучила блискавка. При цьому постраждала одна туфля і кофтинка, все інше виявилося цілим. В даному випадку, після удару блискавки в дерево, стався перезаряд землі щодо навколишнього повітря.

Наступний розряд, але тепер уже з землі в позитивно заряджений повітря, стався через дівчину. Через ту туфлю, яка краще проводила електрику. А кофточка, яка володіла ізолюючими властивостями і перешкоджала переміщенню електронів до позитивно заряджених іонів повітря, постраждала, так як не могла витримати виниклого напруги. Крім цього, найбільша щільність позитивних іонів, ймовірно, знаходилася на висоті цієї кофтинки.

Випадки зворотного удару блискавки із виступаючих над земною поверхнею провідників в навколишню атмосферу з утворенням кульових блискавок зовні не відрізняються від прямих ударів. Цей факт слід враховувати при проектуванні та оцінці ефективності дії різних пристроїв грозовий захисту.

Волонтерство: поняття, історія, основні характеристики




 Добровольчий працю: сутність, функції, специфіка |  Історія волонтерства |  Історія волонтерського руху в Росії |  Волонтерська діяльність в різних країнах |  Міжнародні волонтерські об'єднання |  Методологічні підходи до вивчення добровольчого праці |  Облік вкладу добровольців |  Рекреаційна стежка: історія, доцільність будівництва. Концепція стежки як основи інфраструктури відвідування природних територій |  Реалізація проекту ББТ |  Велика Байкальська Стежка »як основа розвитку екологічного туризму в Прибайкалля |

© um.co.ua - учбові матеріали та реферати