Исследовательская работа "Что такое молния?"

Содержание

I Введение………………………………………………………………………….2 стр.

II Основная часть…………………………………………………………………3 стр.

1. История …………………………………………………………………………..3 стр.

2. Физические свойства молнии……………………………………………………3 стр.

    2.1 Формирование молнии……………………………………………………... 4 стр.

    2.2 Наземные молнии……………………………………………………………5 стр.

    2.3 Внутриоблачные  молнии…………………………………………………...6 стр.

3. Взаимодействие молнии с поверхностью земли и расположенными на ней объектами……………………………………………………………………………6 стр.

    3.1 Поверхность земли и молния………………………………………………..6 стр.  

4.Люди и молнии……………………………………………………………………7 стр.

5. Защита от молний………………………………………………………………..8 стр.

5.1 Как человеку защититься от молнии?...............................................................8 стр.

III Заключение…………………………………………………………………….9 стр.

IV Список использованных источников ……………………………………...10 стр.

V Приложение……………………………………………………………………..11 стр.

 I Введение

      Редкого человека могут оставить равнодушными явления грома и молнии. Реальная опасность, исходящая от грозной стихии, всегда будоражила воображение. Наши далекие предки с ужасом ожидали развязки того, что происходит в грохочущем и пылающем небе, угадывая в стихии природу божественного. Но и сегодня, в пору торжества науки и техники, в природе образования и проявления молнии далеко не все ясно.

Почему я выбрала эту тему?
Молнии - восхитительные и захватывающие явления природы. Мне очень захотелось побольше узнать об этом природном явлении.

Цель исследования:

Изучение природы молнии.

1.     Задачи:
1. Изучение причины появления молний.
2. Понять сущность природного явления – молния.

3.Рассмотреть различные виды молний.

4.Узнать, изучить и выявить меры безопасности при встрече с молнией.
5.Сделать выводы о проделанном исследовании.

Гипотеза: Возможно, молния – это электрический разряд. Молния не опасна для человека.

II Основная часть

1.      История

В каждый момент времени в разных точках Земли сверкают молнии более 2000 гроз. В каждую секунду около 50 молний ударяются в поверхность земли, и в среднем каждый ее квадратный километр молния поражает шесть раз за год. Молнии издавна интересуют ученых, но и в наше время об их природе мы знаем лишь немного больше, чем 250 лет тому назад, хотя смогли их обнаружить даже на других планетах.  Изучать то, что произойдет непонятно где и когда, очень сложно. А именно так в течение долгих лет работали ученые, исследующие природу молний. Считалось, что грозой на небе руководит Илья-пророк и нам не дано знать его планы. (Приложение 1) Однако ученые очень - давно пытались заменить Илью-пророка, создавая проводящий канал между грозовой тучей и землей. Б. Франклин для этого во время грозы запускал воздушный змей, оканчивающийся проволокой и связкой металлических ключей. Этим он вызывал слабые разряды, стекающие вниз по проволоке, и первым доказал, что молния - это отрицательный электрический разряд, стекающий с облаков на землю. Опыты Франклина были чрезвычайно опасными. (Приложение 2)

                                      2.  Физические свойства молнии

Молния - вечный источник подзарядки электрического поля Земли. В начале XX века с помощью атмосферных зондов измерили электрическое поле Земли. Его напряженность у поверхности оказалась равной примерно 100 В/м. Переносчиком зарядов в атмосфере Земли служат ионы, концентрация которых увеличивается с высотой и достигает максимума на высоте 50 км где под действием космического излучения образовался электропроводящий слой - ионосфера. В хорошую погоду электрический конденсатор - Земля - разряжается, а при грозе заряжается. Существуют три вида молнии: линейные, неточные и шаровые. (Приложение 3,4)

К этому же классу явлений относится коронный разряд или неполный разряд газового промежутка, получивший у моряков название "огней Святого Эльма". (Приложение 5)

  Зимой грозы очень редки. Ф. И. Тютчев, написав "Люблю грозу в начале мая, когда весенний первый гром…", знал, что зимой гроз почти не бывает. Чтобы образовалось грозовое облако, необходимы восходящие потоки влажного воздуха. Концентрация насыщенных паров растет с повышением температуры и максимальна летом. Разница температур, от которой зависят восходящие потоки воздуха, тем больше, чем выше его температура у поверхности земли, так как на высоте нескольких километров его температура не зависит от времени года. Значит, интенсивность восходящих потоков максимальна тоже летом. Поэтому и грозы у нас чаще всего летом, а на севере, где и летом холодно, грозы довольно редки.

                                        2.1  Формирование молнии

Наиболее часто молния возникает в кучево-дождевых облаках (Приложение 6), тогда они называются грозовыми; иногда молния образуются в слоисто- дождевых облаках (Приложение 7), а также при вулканических извержениях, торнадо и пылевых бурях. Грозы возникают чаще над сушей, чем над морем. Потому что чтобы облако разрядилось, в воздухе под ним должно быть достаточное число ионов. Воздух, состоящий только из молекул азота и кислорода, не содержит ионов, и его очень тяжело ионизировать даже в электрическом поле. А вот если в воздухе много инородных частиц, например пыли, то и ионов тоже много. Ионы образуются при движении частиц в воздухе аналогично тому, как электризуются при трении друг о друга различные материалы. Очевидно, что пыли в воздухе гораздо больше над сушей, чем над океанами. Поэтому-то грозы и гремят над сушей чаще. Замечено также, что прежде всего молнии бьют по тем местам, где в воздухе особенно велика концентрация аэрозолей - дымов и выбросов предприятий нефтеперерабатывающей промышленности. Обычно наблюдаются линейные молнии. Эти молнии не бывают короче нескольких сотен метров. Наиболее изучен процесс развития молнии в грозовых облаках, при этом молнии могут проходить в самих облаках — внутриоблачные молнии а могут ударять в землю — наземные молнии. Грозовое облако - это огромное количество пара, часть которого конденсировалось в виде мельчайших капелек или льдинок. Верх грозового облака может находиться на высоте 6-7 км, а низ нависать над землей на высоте 0,5-1 км. Выше 3-4 км облака состоят из льдинок разного размера, так как температура там всегда ниже нуля. Эти льдинки находятся в постоянном движении, вызванном восходящими потоками теплого воздуха от нагретой поверхности земли. Мелкие льдинки легче, чем крупные, увлекаются восходящими потоками воздуха. Поэтому "шустрые" мелкие льдинки, двигаясь в верхнюю часть облака, все время сталкиваются с крупными. При каждом таком столкновении происходит электризация, при которой крупные льдинки заряжаются отрицательно, а мелкие - положительно. Со временем положительно заряженные мелкие льдинки оказываются в верхней части облака, а отрицательно заряженные крупные - внизу. Другими словами, верхушка грозы заряжена положительно, а низ - отрицательно. Все готово для разряда молнии, при котором происходит пробой воздуха и отрицательный заряд с нижней части грозовой тучи перетекает на Землю. (Приложение 8) В молнии электрическая энергия облака превращается в тепловую и световую.

                                            2.2 Наземные молнии

Процесс развития наземной молнии состоит из нескольких стадий. На первой стадии, в зоне, где электрическое поле достигает критического значения, начинается ударная ионизация, создаваемая вначале свободными электронами, всегда имеющимися в небольшом количестве в воздухе, которые под действием электрического поля приобретают значительные скорости по направлению к земле и, сталкиваясь с молекулами, составляющими воздух, ионизуют их. Таким образом возникают электронные лавины, переходящие в нити электрических разрядов — стримеры, представляющие собой хорошо проводящие каналы, которые, сливаясь, дают начало яркому термоионизованному каналу с высокой проводимостью — ступенчатому лидеру молнии.  (Приложение 10)
                                   2.3  Внутриоблачные молнии

Внутриоблачные молнии включают в себя обычно только лидерные стадии; их длина колеблется от 1 до 150 км. Доля внутриоблачных молний растет по мере смещения к экватору, меняясь от 0,5 в умеренных широтах до 0,9 в экваториальной полосе. Прохождение молнии сопровождается изменениями электрических и магнитных полей и радиоизлучением, так называемыми атмосфериками. Вероятность поражения молнией наземного объекта растет по мере увеличения его высоты и с увеличением электропроводности почвы на поверхности или на некоторой глубине (на этих факторах основано действие громоотвода). Таким образом, иногда «провоцируются» молнии в слоисто-дождевых и мощных кучевых облаках. (Приложение 9)
3. Взаимодействие молнии с поверхностью земли и расположенными на ней объектами

                                        3.1  Поверхность земли и молния

    При попадании молнии непосредственно в грунт возможно образование своеобразного минерала фульгурита, представляющего собой, в основном, спёкшийся кварцевый песок.

Фульгурит - окаменевшая молния. (Приложение 11)    При разряде молнии выделяется энергия. Большая ее часть тратится на создание ударной волны (гром), нагрев воздуха, световую вспышку и другие электромагнитные волны, и только маленькая часть выделяется в том месте, где молния входит в землю. Однако и этой "маленькой" части вполне достаточно, чтобы вызвать пожар, убить человека и разрушить здание. Молния может разогреть канал, по которому она движется, до 30 000°С, в пять раз выше температуры на поверхности Солнца. Температура внутри молнии гораздо больше температуры плавления песка (1600-2000°C), но расплавится песок или нет, зависит еще и от длительности молнии, которая может составлять от десятков микросекунд до десятых долей секунды. Слово "фульгурит" происходит от латинского fulgur, что означает молния. Самые длинные из раскопанных фульгуритов уходили под землю на глубину более пяти метров. По-видимому, первое описание фульгуритов и их связи с ударами молнии было сделано в 1706 году пастором Д. Германом (David Hermann). Впоследствии многие находили фульгуриты вблизи людей, пораженных разрядом молнии. Фульгурит очень хрупок, и попытки очистить от прилипшего песка нередко приводят к его разрушению. Особенно это относится к ветвистым фульгуритам, образовавшимся во влажном песке.
                                                    4.Люди и молния
   Молнии — серьезная угроза для жизни людей. Поражение молнией возможно как при пребывании под открытым небом, так и в закрытом помещении. Чаще поражаются люди находящиеся во время грозы на открытой местности, укрывающиеся от дождя под деревьями и вблизи от работающего электрооборудования (включенного в сеть телевизора, радиоприемника). Если вдруг гроза застала вас на откры­том месте за городом, а рядом с вами нет никакого укрытия от дождя, кроме одиноко стоящего дерева, под кроной которого так сухо и тепло, запомните, что под ним ни в коем случае нельзя прятаться. Потому что именно в это дерево, скорее всего, и уда­рит молния. В организме пострадавших отмечаются такие же патологические изменения, как при поражении электротоком. Жертва теряет сознание, падает, могут отмечаться судороги, часто останавливается дыхание и сердцебиение. На теле обычно можно обнаружить «метки тока», места входа и выхода электричества.  (Приложение 12)    В случае смертельного исхода причиной прекращения основных жизненных функций является внезапная остановка дыхания и сердцебиения, от прямого действия молнии на дыхательный и сосудодвигательный центры продолговатого мозга. На коже часто остаются так называемые знаки молнии, древовидные светло-розовые или красные полосы, исчезающие при надавливании пальцами (сохраняются в течение 1 — 2 суток после  смерти). Они — результат расширения капилляров в зоне контакта молнии с телом. При поражении молнией первая медицинская помощь должна быть неотложной. В тяжелых случаях (остановка дыхания и сердцебиения) необходима реанимация, её должен  оказать, не ожидая медицинских работников, любой свидетель несчастья. Реанимация  эффективна только впервые минуты после поражения молнией, начатая через 10 — 15   минут она, как правило, уже не эффективна. Экстренная госпитализация необходима во всех случаях. В древности существовали поверья, что различные маги, колдуны и волхвы могли поражать ими своих недругов, вот так и появилось в мире первое высокоточное оружие.

                                                    5.  Защита от молний

     К счастью, большинство разрядов молнии происходят между облаками и поэтому угрозы не представляют. Однако считается, что каждый год молнии убивают более тысячи  людей по всему миру. По крайней мере, в США, где ведется такая статистика, каждый год от удара молнии страдают около 1000 человек и более ста из них погибают. Ученые давно пытались защитить людей от этой "кары божьей".

Франклин сделал практическое применение из своих опытов, предложив устройство громоотвода, или, как его правильнее называть — молниеотвода. Существуют различные способы защиты от молнии. Наиболее распространёнными являются молниеотводы, представляющие собой металлический стержень (называемый молниеприёмником), возвышающийся над защищаемым сооружением и соединённый с землёй металлическим проводником. Этот проводник служит для отвода тока молнии в землю и называется токоотводом. (Приложение 13)    

                                 5.1 Как человеку защититься от молнии?

Чтобы не быть поражённым ударом молнии, нужно избегать во время грозы подходить к молниеотводам или высоким одиночным предметам (столбам, деревьям) на расстояние меньшее 8–10 метров. Если человек застигнут грозой вдали от помещений, то он ни в коем случае не должен прятаться под деревьями, прислоняясь к их стволу.

Очень опасно быть в течение грозы на возвышенных местах (холмах или горах) или на открытых равнинах. Рекомендуется укрываться в небольших углублениях на склоне холмов, вблизи больших камней или деревьев на расстоянии не менее чем на 8–10 метров от одиночных предметов, выбирая, если имеется возможность, место посередине между двумя деревьями, растущими на расстоянии 15–25 метров.

                                                        III Заключение

     При выполнении данной работы мне удалось узнать много интересного о молнии. Я узнала, что молнии бывают разных видов, как образуется молния в грозовом облаке, а так же почему это природное явление бывает только летом.

     Интересен тот факт, что существует «окаменевшая молния» - фульгурит.

Молнии — серьезная угроза для жизни людей. Поражение молнией возможно как при пребывании под открытым небом, так и в закрытом помещении, поэтому можно сделать вывод:

      Моя первая гипотеза подтвердилась. Молния – это электрический разряд сильно наэлектризованного облака, направленный к земле. Второе предположение было не верным.  Молния очень интересное явление природы, очень красивое, но и очень опасное, поэтому не стоит пренебрегать правилами безопасного поведения во время грозы.

IV Список использованных источников

1.     Б.М. Смирнов, НАБЛЮДАТЕЛЬНЫЕ СВОЙСТВА МОЛНИИ, Успехи физических наук, август 1992 г., том 162, №8.

2.     Материалы сайта kugelblitz.ru.

3.     Материалы сайта mirsovetov.ru.

4.     Материалы сайта wikipedia.ru.

5.     "Наука и жизнь" № 7, 1993 г.

6.      М.:  Наука, 1985;

7.      "Молнии - оружие богов" - М.: Информэлектро, 1998;

8.      Б. М. Смирнов Молния - что же это такое ж Природа, 1987г. №2;

9.      Б. М. Смирнов Линейная молния, ж Природа, 1989 г , № 4;

10.  Дж.  Барри «Шаровая молния и неточная молния»,  1983 г

11.  А.Н. Томилин «Мир электричества» 2004г;

12.  В. Я. Александров, Е. М. Голубев, И. В. Подмошенский Журн. Техн. Физ. 1982г;

13. И. П. Стаханов Физическая природа  молний, Атомиздат., 1979г;

14. Перельман Я.И. «Занимательная физика» 2001 г.

V Приложение

1.

Илья-пророк

2.

Б. Франклин

3.

Линейная молния

4.

Шаровая молния

5.

«Огни Святого Эльма»

6.

Кучево – дождевые облака

7.

Слоисто-дождевые облака

8.

Образование молнии

9.

Внутриоблачные молнии

10.

Наземные молнии

11.

Фульгурит

        

12.

Следы молнии на коже людей после удара

13.

Молниеотвод