Улла Штойернагель - Детский университет. Исследователи объясняют загадки мира. Книга первая

Мы уже знаем, что нижняя сторона облаков заряжена отрицательно. Теперь нужно представить себе, что этот заряд и его поле действуют на землю как гигантский магнит, заполняющий все пространство между небом и землей. Магнит может притягивать и отталкивать. В нашем случае отрицательный заряд нижней стороны облаков строго отталкивает отрицательно заряженные электроны на земле. В результате на земле увеличивается положительный заряд, то есть напряжение между небом и землей растет.

Со временем напряжение увеличивается до такой степени, что даже воздух, который обычно не проводит электрический ток, уже не препятствие для противоположных зарядов. Предполагают, что напряжение между облаками и землей может достигать ста миллионов вольт. Сравните: в обычной розетке напряжение 220 вольт, но и этот ток может убить человека. Правда, 220 вольт — недостаточное напряжение, чтобы преодолеть сопротивление воздуха, поэтому между дырочками розетки и не сверкает молния. Но в грозу все иначе.

СМЕРТЬ РИХМАНА

Всего через год после эксперимента Франклина исследованием молнии занялся немецкий физик Георг Вильгельм Рихман. Он установил недалеко от своего дома металлический шест и экспериментировал, проводя молнии в землю. На свою беду он подошел слишком близко к шесту в тот момент, когда ударила молния. Она отклонилась и прошла через все тело Рихмана. На лбу у него осталось красное пятно, а внизу, на левом башмаке — большая обугленная дыра. Ученый погиб.

Когда напряжение между облаками и землей вырастает достаточно сильно, происходит внезапный выброс тока, мощный обмен энергией, похожий на взрыв, — это и есть молния. Взрыв при таком коротком замыкании нагревает воздух вокруг до тридцати тысяч градусов.

Это в пять раз больше, чем температура поверхности Солнца, и поэтому газы в воздухе загораются, как на пожаре, и мгновенно расширяются. Результат этого расширения вам хорошо известен — гремит гром. А так как звук распространяется гораздо медленнее света, гром слышно всегда на несколько секунд позже, чем видна молния.

Кстати, может показаться неожиданным, но молнии бьют не только сверху вниз, но и снизу вверх. Дело в том, что молнию обычно запускает «лидер молнии» — первопроходец, прокладывающий путь от тучи к земле. Как электрик, прокладывающий кабель, маленький «лидер молнии» создает в воздухе канал, связывающий отрицательный заряд в тучах с положительным на земле. Когда связь налажена, по каналу проскакивает главный разряд — собственно молния. Положительный заряд на земле притягивает электроны по каналу молнии, и таким образом канал разогревается снизу вверх.

ГРОЗОВОЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ПОЛЕ

Напряженность электрического поля, созданного зарядом, — это сила, с которой поле действует на другие электрические заряды, окружающие его. Она измеряется в единицах «вольт на метр» (В/м). В обычный ясный день естественная напряженность электрического поля на земле — около 100 В/м, а перед грозой она может вырастать до 1000 В/м. Сравните: база беспроводного домашнего телефона создает вблизи себя поле напряженностью 3 В/м.

Но молнии в грозу ударяют не только между тучами и землей. Две трети молний — внутриоблачные разряды. Ведь напряжение существует и между верхними и нижними частями туч.

Молнии внутри облаков длиннее, чем молнии между небом и землей. Ученые наблюдали внутриоблачные молнии длиной более ста километров. А молнии между тучами и землей бывают не длиннее пяти километров и всего несколько сантиметров в ширину. Итак, молниевый канал мал, но за очень короткое время через него проходит ток огромной силы.

Если молния попадает в препятствие — предмет, который не сразу отведет электрический ток в землю (например дом с соломенной крышей), — ток может так сильно нагреть препятствие, что оно загорится. Поэтому, когда Бенджамин Франклин в Филадельфии не только выяснил, что молнии связаны с электричеством, но и придумал, как их обезвредить, это принесло огромную пользу всем домовладельцам.

ПОСЧИТАЕМ, ДАЛЕКО ЛИ ГРОЗА

Если вы хотите узнать, как далеко от вас гроза, засеките время между вспышкой молнии и раскатами грома. Поделив количество секунд на три, вы получите расстояние в километрах. Гром слышно только на расстоянии до двадцати километров, потому что звуковая волна затухает в атмосфере. Если время между вспышкой молнии и громом меньше трех секунд, то гроза находится на опасно близком расстоянии.

Никто не может предсказать, куда ударит молния. Это зависит от того, как распределится заряд в тучах. Но можно с уверенностью сказать, что молния скорее ударит в высокий острый предмет, потому что электрическое поле на нем более напряженное и сильнее притягивает окружающие электроны. Поэтому Бенджамину Франклину пришло в голову нарочно предоставить в распоряжение молнии высокий предмет — металлический шест на крыше. Электроны легко проникают в атомы металла, поэтому металлический шест для них не препятствие, в отличие от соломенной крыши. Шест уводит молнию в землю, и она не причиняет дому вреда. Так с помощью очень простого изобретения, молниеотвода (чаще его называют «громоотвод», но это привычное название не совсем правильное), Бенджамин Франклин спас от пожара бесчисленное количество домов. Только в Германии в год ударяет около 750 000 молний, в Австрии и Швейцарии — примерно по 165 000 молний. Даже если бы малая часть этих молний попала в дома, за время с 1752 года до наших дней случилось бы огромное количество пожаров.

Сейчас молниеотводы установлены почти на всех домах, и пожаров от удара молнии почти не бывает. Современный молниеотвод — не просто острый металлический шест, а целая конструкция из металлических реек на крыше, которые отводят молнию в землю несколькими путями. И все равно каждый год от удара молнии в мире все еще гибнет около тысячи человек. Это происходит оттого, что не все люди с приближением грозы могут сразу же спрятаться в доме с молниеотводом.

Молния может ударить прямо в человека или рядом с ним — а это тоже опасно. В обоих случаях удар молнии может оказаться смертельным. Но все же две трети людей, пострадавших от удара молнии, остаются в живых и даже не получают травм. Это связано с тем, что электрический ток не всегда проходит через тело насквозь, а прокладывает иногда путь по коже. Но все равно удар молнии очень опасен для здоровья. Он может привести к параличу рук и ног, остановке дыхания и сердца, может повредить мозг, вызвать нарушения зрения и ходьбы. А на тех местах, где молния вошла в тело и вышла из него, могут быть сильные ожоги.