ما هو البرق وكيف يحدث؟
أصل السحب الرعدية
يتكون الضباب الذي يرتفع عن سطح الأرض من جزيئات الماء ويشكل السحب. تسمى السحب الأكبر والأثقل غيوم الركام. بعض الغيوم بسيطة - فهي لا تسبب البرق أو الرعد. يطلق على البعض الآخر عواصف رعدية لأنها تخلق عاصفة رعدية وتشكل البرق والرعد. تختلف السحب الرعدية عن غيوم المطر العادية في أنها مشحونة بالكهرباء: بعضها إيجابي وبعضها سلبي.
كيف تتشكل السحب الرعدية؟ يعلم الجميع مدى قوة الرياح أثناء العاصفة الرعدية. لكن الدوامات الهوائية الأقوى تتشكل أعلى فوق سطح الأرض ، حيث لا تعيق الغابات والجبال حركة الهواء. تولد هذه الرياح في الغالب كهرباء إيجابية وسلبية في السحب.
توجد كهرباء موجبة في مركز كل قطرة ، وتوجد كمية متساوية من الكهرباء السالبة على طول سطح القطرة. تمسك الرياح قطرات المطر المتساقطة وتسقط في التيارات الهوائية. تضرب الريح السقوط بقوة فتكسرها إلى قطع.في هذه الحالة ، تصبح الجزيئات الخارجية المنفصلة للقطرة مشحونة بالكهرباء السالبة.
الجزء المتبقي الأكبر والأثقل من القطرة مشحون بالكهرباء الموجبة. جزء السحابة الذي تتراكم فيه القطرات الثقيلة مشحون بالكهرباء الموجبة. ينقل المطر الذي يسقط من السحابة بعض كهرباء السحابة إلى الأرض ، وبالتالي ينشأ جذب كهربائي بين السحابة والأرض.
في التين. يوضح الشكل 1 توزيع الكهرباء في سحابة وعلى سطح الأرض. إذا كانت السحابة مشحونة بالكهرباء السالبة ، فعندما تسعى جاهدة للانجذاب إليها ، سيتم توزيع الكهرباء الموجبة للأرض على سطح جميع الأجسام المرتفعة التي توصل التيار الكهربائي. كلما ارتفع الجسم على الأرض ، قلت المسافة بين الجزء العلوي والسفلي من السحابة وصغر حجم طبقة الهواء المتبقية هنا ، مما يعطي الكهرباء المعاكسة. من الواضح أن البرق يخترق الأرض بسهولة أكبر في مثل هذه الأماكن. سنخبرك المزيد عن هذا لاحقًا.
أرز. 1. توزيع الكهرباء في أجسام رعدية وأرضية
ما الذي يسبب البرق؟
عند الاقتراب من شجرة طويلة أو منزل ، تعمل سحابة رعدية مشحونة بالكهرباء على ذلك. في التين. 1 سحابة مشحونة بالكهرباء السالبة تجذب الكهرباء الموجبة إلى السطح ، وستذهب الكهرباء السلبية للمنزل إلى الأرض.
تميل كل من الكهرباء - في السحابة وعلى سطح المنزل - إلى جذب بعضها البعض. إذا كان هناك الكثير من الكهرباء في السحابة ، فسيتم تكوين الكثير من الكهرباء في المنزل من خلال التأثير.
مثلما يمكن أن تؤدي المياه الواردة إلى تآكل السد والاندفاع نحو سيل ، وإغراق الوادي في حركته غير المقيدة ، كذلك الكهرباء ، التي تتراكم بشكل متزايد في السحابة ، يمكن أن تخترق في النهاية طبقة الهواء التي تفصلها عن سطح الأرض وتندفع إلى الأرض ، إلى الكهرباء المعاكسة. سيحدث تفريغ قوي - ستنزلق شرارة كهربائية بين السحابة والمنزل.
هذا هو البرق الذي يضرب المنزل. يمكن أن تحدث تصريفات البرق ليس فقط بين السحابة والأرض ، ولكن أيضًا بين غيمتين مشحنتين بأنواع مختلفة من الكهرباء.
كلما زادت قوة الرياح ، زادت سرعة شحن السحابة بالكهرباء. تستهلك الريح قدرًا معينًا من العمل ، والذي يدخل في فصل الكهرباء الموجبة والسالبة.
كيف يتطور البرق؟
في أغلب الأحيان ، يأتي البرق الذي يضرب الأرض من السحب المشحونة بالكهرباء السالبة. تتطور صواعق البرق من مثل هذه السحابة بهذه الطريقة.
أولاً ، تبدأ كميات صغيرة من الإلكترونات في التدفق من السحابة إلى الأرض ، في قناة ضيقة ، وتشكل نوعًا من التيار في الهواء.
في التين. يوضح الشكل 2 بدء تشكل البرق. في جزء السحابة حيث تبدأ القناة في التكون ، تراكمت الإلكترونات التي تمتلك سرعة حركة عالية ، مما أدى إلى اصطدامها بذرات الهواء وتقسيمها إلى نوى وإلكترونات.
أرز. 2. يبدأ البرق في التكون في سحابة
تندفع الإلكترونات المنبعثة في هذه الحالة أيضًا إلى الأرض ، وتصطدم مرة أخرى بذرات الهواء وتفصلها.إنه مثل تساقط الثلج في الجبال ، عندما تتدحرج كتلة صغيرة في البداية ، تنمو مغطاة برقائق ثلجية ملتصقة بها ، وبتسريع تحليقها ، يصبح انهيارًا جليديًا كبيرًا.
وهنا يلتقط الانهيار الجليدي الإلكتروني أحجامًا جديدة من الهواء ، ويقسم ذراته إلى أجزاء. في هذه الحالة ، يتم تسخين الهواء ، ومع زيادة درجة الحرارة ، تزداد الموصلية. يتحول من عازل إلى موصل. من خلال القناة الموصلة الناتجة للهواء من السحابة ، تبدأ الكهرباء في التصريف أكثر فأكثر. تقترب الكهرباء من الأرض بسرعة هائلة تصل إلى 100 كيلومتر في الثانية.
في مئات من الثانية ، يصل سيل الإلكترونات إلى الأرض. ينتهي هذا فقط الجزء "التحضيري" الأول ، إذا جاز التعبير ، من البرق: لقد شق البرق طريقه إلى الأرض. الجزء الثاني ، الرئيسي من تطوير Lightning لم يأت بعد. الجزء المدروس من تكوين البرق يسمى الموصل. هذه الكلمة الأجنبية تعني "زعيم" باللغة الروسية. أفسح الدليل الطريق للجزء الثاني الأكثر قوة من البرق ؛ هذا الجزء يسمى الجزء الرئيسي. بمجرد وصول القناة إلى الأرض ، تبدأ الكهرباء في التدفق من خلالها بشكل أكثر عنفًا وسرعة.
يوجد الآن اتصال بين الكهرباء السالبة المتراكمة في القناة والكهرباء الموجبة التي سقطت على الأرض مع قطرات المطر ، وبالفعل الكهربائي يحدث تفريغ للكهرباء بين السحابة والأرض. مثل هذا التفريغ هو تيار كهربائي ذو قوة هائلة - وهذه القوة أكبر بكثير من قوة التيار في شبكة كهربائية تقليدية.
يزداد التيار المتدفق في القناة بسرعة كبيرة ، وبعد الوصول إلى أقصى قوة ، يبدأ في الانخفاض تدريجياً.تسخن قناة البرق التي يتدفق من خلالها مثل هذا التيار القوي كثيرًا وبالتالي تتوهج بشكل ساطع. لكن وقت تدفق التيار في تفريغ البرق قصير جدًا. يستمر التفريغ لأجزاء صغيرة جدًا من الثانية ، وبالتالي فإن الطاقة الكهربائية المنتجة أثناء التفريغ تكون صغيرة نسبيًا.
في التين. يوضح الشكل 3 الحركة التدريجية لموصل البرق نحو الأرض (أول ثلاثة أشكال على اليسار).
أرز. 3. التطور التدريجي لموصّل الصواعق (الأشكال الثلاثة الأولى) والجزء الرئيسي منه (الأشكال الثلاثة الأخيرة).
تظهر الأشكال الثلاثة الأخيرة لحظات منفصلة لتشكيل الجزء الثاني (الرئيسي) من البرق. لن يتمكن الشخص الذي ينظر إلى الفلاش ، بالطبع ، من تمييز دليله عن الجزء الرئيسي ، لأنهما يتبعان بعضهما البعض بسرعة كبيرة ، على نفس المسار.
بعد توصيل نوعين مختلفين من الكهرباء ، ينقطع التيار. عادة لا يتوقف البرق عند هذا الحد. غالبًا ما يندفع قائد جديد على الفور على طول المسار الذي اشتعلت فيه الرمية الأولى ، وخلفه ، على نفس المسار ، مرة أخرى جزء العين من الرمية. هذا يكمل التفريغ الثاني.
يمكن أن يكون هناك ما يصل إلى 50 فئة منفصلة ، تتكون كل فئة من قائدها وهيئتها الرئيسية. غالبًا ما يكون هناك 2-3 منهم. ظهور التفريغ المنفصل يجعل البرق متقطعًا ، وغالبًا ما يرى الشخص الذي ينظر إلى البرق أنه وميض. هذا هو سبب وميض الفلاش.
الوقت بين تكوين التفريغ المنفصل قصير جدًا. لا تتعدى المئات من الثانية ، فإذا كان عدد التصريفات كبيرًا جدًا ، فيمكن أن تصل مدة البرق إلى ثانية كاملة أو حتى عدة ثوانٍ.
لقد درسنا نوعًا واحدًا فقط من البرق ، وهو الأكثر شيوعًا.يُطلق على هذا البرق اسم البرق الخطي لأنه يظهر للعين المجردة كخط - شريط ضيق ومشرق من اللون الأبيض أو الأزرق الفاتح أو الوردي الفاتح.
يبلغ طول خط البرق مئات الأمتار إلى عدة كيلومترات. عادة ما يكون مسار البرق متعرجًا. غالبًا ما يكون للصواعق العديد من الفروع. كما ذكرنا سابقًا ، يمكن أن تحدث تصريفات البرق الخطية ليس فقط بين السحابة والأرض ، ولكن أيضًا بين السحب.
كرة برق
بالإضافة إلى الخطي ، هناك أنواع أخرى من البرق في كثير من الأحيان. سننظر في واحد منهم ، الأكثر إثارة للاهتمام - كرة البرق.
في بعض الأحيان يكون هناك تصريفات البرق عبارة عن كرات نارية. لم تتم دراسة كيفية تشكل الكرة الصاعقة بعد ، لكن الملاحظات المتاحة لهذا النوع المثير للاهتمام من تفريغ البرق تسمح لنا باستخلاص بعض الاستنتاجات.
في أغلب الأحيان ، تكون كرة البرق على شكل بطيخ أو كمثرى. تدوم طويلاً نسبيًا - من جزء من الثانية إلى عدة دقائق.
المدة الأكثر شيوعًا لبرق الكرة هي من 3 إلى 5 ثوانٍ. غالبًا ما يظهر البرق الكروي في نهاية عاصفة رعدية على شكل كرات حمراء متوهجة يبلغ قطرها من 10 إلى 20 سم. في حالات نادرة ، تكون كبيرة أيضًا. على سبيل المثال ، تم تصوير صاعقة يبلغ قطرها حوالي 10 أمتار.
يمكن أن تكون الكرة في بعض الأحيان بيضاء شديدة العمى ولها حدود حادة للغاية. عادة ما يصدر البرق الكروي صوت هسهسة أو أزيز أو هسهسة.
يمكن أن يتلاشى البرق الكروي بصمت ، لكنه يمكن أن ينبعث منه طقطقة خافتة أو حتى انفجار يصم الآذان. عندما يختفي ، غالبًا ما يترك رذاذًا نفاثًا. بالقرب من الأرض أو في الداخل ، تتحرك صاعقة الكرة بسرعة رجل يركض - حوالي مترين في الثانية.يمكن أن تظل في حالة سكون لفترة من الوقت ، ومثل هذه الكرة "المستقرة" تصدر صوت صفير وتطلق شرارات حتى تختفي. يبدو أحيانًا أن برق الكرة مدفوعة بالرياح ، لكن حركتها عادة ما تكون مستقلة عن الريح.
ينجذب البرق الكروي إلى المساحات المغلقة ، حيث تخترق النوافذ أو الأبواب المفتوحة ، وأحيانًا حتى من خلال الشقوق الصغيرة. الأنابيب وسيلة جيدة لهم ؛ لهذا السبب تخرج الكرات النارية غالبًا من الأفران في المطابخ. بعد السفر في جميع أنحاء الغرفة ، تغادر كرة البرق الغرفة ، وغالبًا ما تخرج على نفس المسار الذي دخلت إليه.
أحيانًا يرتفع البرق وينخفض مرتين أو ثلاث مرات على مسافات تتراوح من بضعة سنتيمترات إلى بضعة أمتار. بالتزامن مع هذه التقلبات ، تتحرك كرة النار أحيانًا في اتجاه أفقي ، ثم يبدو أن برق الكرة يقوم بقفزات.
في كثير من الأحيان ، "تستقر" الكرة الصاعقة على الأسلاك ، مفضلة أعلى النقاط ، أو تتدحرج على طول الأسلاك ، على سبيل المثال ، على طول أنابيب الصرف. تتسبب الكرات النارية التي تتحرك على طول أجساد الناس ، أحيانًا تحت الملابس ، في حدوث حروق شديدة وحتى الموت. هناك العديد من الأوصاف لحالات الأضرار المميتة للإنسان والحيوان بسبب الصواعق. يمكن أن يسبب البرق الحراري أضرارًا جسيمة للمباني.
أين يضرب البرق؟
نظرًا لأن البرق عبارة عن تفريغ كهربائي من خلال سماكة العازل - الهواء ، فإنه يحدث غالبًا عندما تكون طبقة الهواء بين السحابة وأي جسم على سطح الأرض أصغر. تظهر الملاحظات المباشرة هذا: يميل البرق إلى ضرب أبراج الجرس العالية والصواري والأشجار وغيرها من الأشياء العالية.
ومع ذلك ، يندفع البرق ليس فقط للأجسام العالية.من صاريتين متجاورتين متساويتين في الارتفاع ، أحدهما مصنوع من الخشب والآخر من المعدن ، وقائما على مقربة من بعضهما البعض ، سوف يندفع البرق إلى المعدن. سيحدث هذا لسببين: الأول ، أن المعدن يوصل الكهرباء بشكل أفضل بكثير من الخشب ، حتى عندما يكون رطبًا. ثانيًا ، الصاري المعدني متصل جيدًا بالأرض ويمكن للكهرباء من الأرض أن تتدفق بحرية أكبر إلى الصاري أثناء تطوير القائد.
يستخدم الظرف الأخير على نطاق واسع لحماية المباني المختلفة من الصواعق. كلما زادت مساحة سطح الصاري المعدني الملامس للأرض ، كان من الأسهل مرور الكهرباء من السحابة إلى الأرض.
يمكن مقارنة ذلك بكيفية سكب تيار من السائل عبر قمع في زجاجة. إذا كانت الفتحة في القُمع كبيرة بما يكفي ، ستذهب الطائرة مباشرة إلى الزجاجة. إذا كانت الفتحة في القمع صغيرة ، فسيبدأ السائل في التدفق فوق حافة القمع ويصب على الأرض.
يمكن أن يضرب البرق حتى على سطح مستوٍ من الأرض ، لكنه في نفس الوقت يندفع حيث تكون الموصلية الكهربائية للتربة أكبر. لذلك ، على سبيل المثال ، يضرب البرق الطين الرطب أو المستنقعات في وقت أقرب من الرمل الجاف أو التربة الجافة الصخرية. وللسبب نفسه ، يضرب البرق ضفاف الأنهار والجداول ، مفضلًا إياها على الأشجار العالية ولكن الجافة الشاهقة بالقرب منها.
تُستخدم هذه الخاصية من الصواعق - للاندفاع إلى أجسام ذات أسس جيدة وموصلة جيدًا - على نطاق واسع لتنفيذ أجهزة الحماية المختلفة.