Как молния находит молниеотвод среди множества других привлекательных целей?

Наука и жизньНаука

Как молния выбирает цель

Кандидат физико-математических наук Алексей Понятов

Фото: KillamarshianUK /flickr.com/ CC BY 2.0

По современным спутниковым наблюдениям в год на Земле возникает примерно 1,4 миллиарда молний, четверть из которых бьют в землю. И хотя чаще всего молнии встречаются в тропиках, в наших краях они тоже нередки. Сверкающие, часто ветвящиеся ослепительные линии молний не только грандиозное зрелище, но и очень опасное явление, ведь сила тока в канале молнии в среднем составляет 30 000 ампер, а в максимуме до 200 000 ампер (для сравнения: в мощном электрическом чайнике ток около 10 ампер). Воздух вокруг молнии быстро разогревается до 30 000°C. И хотя вспышки молнии кратковременны, в них успевает выделиться до 7 гигаджоулей энергии. Такого её количества достаточно, чтобы вскипятить почти 20 тонн воды.

Совершенно очевидно, что удар молнии может вывести из строя или даже уничтожить, например сжечь, объекты, в которые она попадает. Поэтому их защита от молний — важная задача. В простейшем случае для этого используют молниеотвод, представляющий собой металлический штырь, соединённый с землёй проводом (заземлённый). Некоторые люди до сих пор называют его устаревшим словом громоотвод. Связано это с тем, что долгое время громом называли саму молнию или грозовой разряд. Недаром богов Зевса и Перуна именовали громовержцами, а, скажем, Н. В. Гоголь в повести «Тарас Бульба» писал про дерево, «вершину которого разбило громом». Но в настоящее время так называют только звук, возникающий при ударе молнии, поэтому использовать слово громоотвод неверно.

Распределение зарядов в грозовом облаке и формирование отрицательного канала — ступенчатого лидера в направлении земли. Навстречу ему тянется стример положительного заряда. Изображение: NOAA (с изменениями)

В детстве меня всегда интересовало, а как молния находит молниеотвод среди множества других привлекательных целей? И вообще, как она выбирает объект, по которому ударит? Поискав ответы на вопрос «Куда бьёт молния?», я обнаружил, что большинство найденных можно свести к трём вариантам.

  • Молния бьёт в самый высокий объект поблизости. (Иногда к этому добавляют пояснение, что молния должна идти по кратчайшему пути, поэтому и выбирает самую высокую точку, наиболее близкую к туче.)
  • Молния идёт по пути наименьшего электрического сопротивления, именно поэтому она выбирает объекты, проводящие ток: металлические конструкции, деревья, человека и тому подобное.
  • Молнию притягивают к себе предметы с высокой электропроводностью.

Хотя в каждом из этих ответов есть доля правды, в общем случае они не верны, к тому же, не разъясняют физику процесса. Действительно, молния часто бьёт в самый высокий объект, но далеко не всегда. Не всегда молния идёт и по кратчайшему пути. Второе объяснение справедливо на конечном этапе, когда уже создан проводящий канал, но не поясняет, как он образуется в воздухе, который изначально — диэлектрик, не пропускающий ток и имеющий примерно одинаковые свойства по всем направлениям. Что касается третьего объяснения, то, действительно, на конце проводящих тел в грозу индуцируется электрический заряд, который влияет на попадание молнии. Вот только дело не в её притяжении.

Фото Андрея Лисинского

Рождение молнии

Для понимания того, как молния «выбирает» цель на самом деле, придётся сначала разобраться с механизмом её распространения между облаком и землёй. Другие виды молний мы здесь рассматривать не будем.

Молния — это мощная электрическая искра или, как говорят физики, искровой разряд, возникающий в атмосфере. С подобными искрами вы сталкивались, если видели, как искрят электрические контакты, на пример в выключателях или розетках. Похожа молния и на электрическую дугу электросварки, только длящуюся очень короткое время. Но во всех этих случаях искры порождают напряжение, создаваемое генераторами. Молния же возникает из-за заряда, который накапливается в облаках.

Образование зарядов в облаке — сложный комплексный процесс, до конца пока не изученный. При поднятии и охлаждении водяного пара происходит конденсация, а потом замерзание капелек воды, выделяется тепло и образуются восходящие струи со скоростями от 10 до 40 м/с, закручивающиеся в вихри. Возникает эдакая турбулентная машина, которая питается теплом пара. В этой машине кристаллики льда разного размера трутся, ударяются, деформируются, разрушаются и в результате теряют электроны — электризуются. Более чем в 90% случаев нижняя часть грозового облака получается заряженной отрицательно, поскольку электроны, несущие отрицательный заряд, отрываются от движущихся вверх мелких частиц и собираются на более крупных падающих частицах. Процесс разделения зарядов в результате столкновений частиц облака обычно называют механизмом неиндуктивной зарядки, так как для него не требуется предварительно существующего электрического поля. При этом на поверхности земли индуцируется равный по величине положительный заряд, поскольку она обладает относительной проводимостью и по ней может перемещаться заряд, притягиваемый к облаку. Эту ситуацию часто сравнивают с огромным конденсатором, обкладками которого служат облако и поверхность земли.

Стримерный, или нитевидный разряд, созданный в воздухе лабораторной высоковольтной катушкой Тесла. По своей природе он аналогичен разряду, создаваемому зарядом грозового облака.

Авторизуйтесь, чтобы продолжить чтение. Это быстро и бесплатно.

Регистрируясь, я принимаю условия использования

Рекомендуемые статьи

Гены древних людей Гены древних людей

Биолог Сванте Паабо создал отдельную научную дисциплину — палеогеномику

Наука и жизнь
Ольга Варцева: «Далеко не каждая книга выдерживает перечитывание» Ольга Варцева: «Далеко не каждая книга выдерживает перечитывание»

«Прежде чем идти к психологу, почитайте чью-нибудь автобиографию»

Ведомости
Детский плач в возрасте пяти месяцев связали с наследственностью Детский плач в возрасте пяти месяцев связали с наследственностью

Генетические факторы отвечают за 70 процентов плача

N+1
Почему ЕС не растет Почему ЕС не растет

Что провоцирует системный кризис развития Евросоюза

Эксперт
8 вещей, которые нельзя хранить под кроватью 8 вещей, которые нельзя хранить под кроватью

Есть вещи, которые лучше держать подальше от подкроватья

VOICE
Юрий Васильев: «Некто Ширвиндт» Юрий Васильев: «Некто Ширвиндт»

Александра Анатольевича все в Театре сатиры называли просто Шурой

Коллекция. Караван историй
Елена Царева: «Препятствий для выхода наших вин на международную арену нет» Елена Царева: «Препятствий для выхода наших вин на международную арену нет»

О развитии виноделия в России, новых нишах и росте спроса на безалкогольное вино

Ведомости
Банановые перспективы российских субтропиков Банановые перспективы российских субтропиков

Инвесторы хотят импортозаместить экзотические фрукты

Агроинвестор
От Трампа до Дидди: как именитые судебные художницы работали на громких процессах От Трампа до Дидди: как именитые судебные художницы работали на громких процессах

Судебные художницы: истоки профессии и самые известные процессы

Forbes
Болит слева, но не сердце! Болит слева, но не сердце!

Боль в груди: сердечные и несердечные причины – как различить?

Здоровье
Независимость у них в крови: самые упрямые породы собак Независимость у них в крови: самые упрямые породы собак

Породы собак, воспитывать которые очень сложно из-за их упрямого характера

ТехИнсайдер
Дневник Дневник

Как ведение дневника помогает услышать себя? Личные истории наших героинь

Здоровье
Чем минивэн отличается от микроавтобуса: простой вопрос, неочевидный ответ Чем минивэн отличается от микроавтобуса: простой вопрос, неочевидный ответ

Минивэн и микроавтобус: есть ли разница?

ТехИнсайдер
От Шагала до мурала От Шагала до мурала

Арт-маршрут от Ниццы до Перпиньяна, достойный целых каникул

Y Magazine
Наталья Павленкова: «Может, я артистка не самая лучшая, но так, как я, не сыграет никто» Наталья Павленкова: «Может, я артистка не самая лучшая, но так, как я, не сыграет никто»

Чтобы не отсвечивали рядом, лучше буду один в темном царстве? Не-е-ет!

Коллекция. Караван историй
История профессора Либреску! Он пережил Холокост и пожертвовал собой при стрельбе в университете История профессора Либреску! Он пережил Холокост и пожертвовал собой при стрельбе в университете

История профессора Ливиу Либреску — это не просто рассказ о героизме

ТехИнсайдер
Цифровое око правосудия. Как роботы помогают искать преступников в России Цифровое око правосудия. Как роботы помогают искать преступников в России

Смогут ли роботы заменить следователей и нужно ли это?

Inc.
Ученые превратили растительные отходы в топливо для самолетов Ученые превратили растительные отходы в топливо для самолетов

Технологию производства авиатоплива из биомассы создали в РГУ нефти и газа

ТехИнсайдер
Пророческий мультсериал: 7 сбывшихся предсказаний из «Симпсонов» Пророческий мультсериал: 7 сбывшихся предсказаний из «Симпсонов»

Про 7 самых интересных предсказаний «Симпсонов», которые сбылись

ТехИнсайдер
Пробивной бизнес Пробивной бизнес

Почему пробив — основное правонарушение в области информационной безопасности?

Ведомости
На Восток через Северо-Запад На Восток через Северо-Запад

Почему растет транзит белорусских минеральных удобрений через Россию

Ведомости
Аддитивные технологии перестраивают промышленность Аддитивные технологии перестраивают промышленность

Российский рынок 3D-печати стабилизируется после быстрого роста

Монокль
Ученые предсказали точную дату конца Вселенной— и он случится раньше, чем предполагалось Ученые предсказали точную дату конца Вселенной— и он случится раньше, чем предполагалось

Ученые впервые назвали точную дату конца Вселенной

Inc.
«Мы уже не живем в своей колыбели» «Мы уже не живем в своей колыбели»

Чем дышит и живет Институт космических исследований РАН?

Знание – сила
«Нас отменили в один день». Что делать, чтобы возродить бренд — опыт «Боржоми» «Нас отменили в один день». Что делать, чтобы возродить бренд — опыт «Боржоми»

Как возрождался известный еще с советского времени бренд «Боржоми»

Inc.
Горячая линия поддержки для мужчин: что такое мэнкипинг и как он влияет на женщин Горячая линия поддержки для мужчин: что такое мэнкипинг и как он влияет на женщин

Как не потерять себя и отношения из-за мэнкипинга

Forbes
Неоднозначный герой: история Оскара Шиндлера, немецкого промышленника, спасшего более 1000 евреев во время Холокоста Неоднозначный герой: история Оскара Шиндлера, немецкого промышленника, спасшего более 1000 евреев во время Холокоста

Почему личность Оскара Шиндлера в фильме 1993 года представлена идеализированно?

ТехИнсайдер
Я хочу сыграть в кешбэк Я хочу сыграть в кешбэк

Как банки влияют на поведение своих клиентов через кэшбек и игровые механики

Монокль
Банки на передовой Банки на передовой

Как работала финансовая система СССР во время войны

Эксперт
История Амона Гета, жестокого коменданта концентрационного лагеря, который был казнен за свои преступления в 1946 году История Амона Гета, жестокого коменданта концентрационного лагеря, который был казнен за свои преступления в 1946 году

Имя Амона Гета могло было быть навсегда забыто, если бы не «Список Шиндлера»...

ТехИнсайдер
Открыть в приложении