ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ САРАТОВСКОЙ ОБЛАСТИ «ВОЛЬСКИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ КОЛЛЕДЖ» Молния – газовый разряд в природных условиях Исследовательская работа студента гр. ТМП-11 Транкова Андрея Ильича Руководитель: Нарватова Валентина Борисовна Вольск 2023г СОДЕРЖАНИЕ Введение…………………………………………………… 3 Глава1 . Виды молний ………………………….................. 4 Глава 2. Исторические воззрения на молнии…………….. 7 Глава 3. Разряды и их виды……………………………….. 8 Глава 4 Молниезащита ……………………………………. 10 Глава 5. Шаровая молния ………………………………... 14 Глава 6. Чем опасна молния для людей и окружающих… 15 Глава 7. Гипотезы о природе шаровой молнии…….. ….. 16 Глава 8.Исследовательская деятельность……………… 20 Выводы………………………………………… 21 Список используемых источников …………………… 23 2 2 Введение Тема исследовательской работы "Молния – газовый разряд в природных условиях". Выбор темы обусловлен не только личным интересом, но и актуальностью. Природа молнии таит немало загадок. При описании этого редкостного феномена ученые вынуждены полагаться лишь на разрозненные свидетельства очевидцев. Как заявил один из ученых, мы знаем о молнии не больше, чем древние египтяне ведали о природе звезд. Молния представляет большой интерес не только как своеобразное явление природы. Она дает возможность наблюдать электрический разряд в газовой среде при напряжении в несколько сотен миллионов вольт и расстоянии между электродами в несколько километров. Целью исследовательской работы: является изучение видов молнии, рассмотреть разряды молнии, выяснить чем же опасна молния для окружающих. Для достижения поставленной в работе цели выдвинуты следующие задачи: 1.Найти, изучить и проанализировать необходимую информацию по данному вопросу. 2.Выяснить чем опасна молния для окружающих. 3.Произвести эксперимент получения электрического заряда. Обьект исследования: молния –газовый разряд в природных условиях. Методы исследования: Изучение теоретических основ темы, наблюдение, эксперименты, анализ результатов. Гипотеза: Молния- это электрический искровой разряд сильно наэлектризованного облака, направленного к земле . 3 3 Глава 1. Виды молний Молния - гигантский электрический искровой разряд в атмосфере, обычно происходит во время грозы, проявляющийся яркой вспышкой света и сопровождающим ее громом..Одним из первых это установил американский государственный деятель и ученый Б.Франклин. В 1752 году он провел опыт с бумажным змеем, к шнуру которого был прикреплён металлический ключ, и получил от ключа искры во время грозы. С тех пор молния интенсивно изучалось как интересное явление природы, а также из-за серьезных повреждений линий электропередачи, домов и других строений, вызываемых прямым ударом молнии или наведенным ею напряжением. Большинство молний возникает между тучей и земной поверхностью, однако, есть молнии, возникающие между тучами. Все эти молнии принято называть линейными. Длина отдельной линейной молнии может измеряться километрами. 1. Линейная молния представляет собой несколько импульсов, быстро следующих друг за другом. Каждый импульс - это пробой воздушного промежутка между тучей и землей, происходящий в виде искрового разряда. Разряд такой молнии происходит между облаками. Причем возникать он может, как между облаком и замлей, так и внутри облаков. Ее длина обычно не превышает 3 метров, однако наблюдали и явления 20 метров в длину. Этот тип – самый распространенный и имеет форму ломаной линии, от которой идет несколько ответвлений. Цвет ее зачастую белый, но встречают и желтые и даже голубые варианты. 2.Ленточная молния Еще одним видом молний является ленточная молния. Несколько разрядов рисуют в пространстве одинакового размера зигзаги, параллельно смещённые относительно друг другу. Иногда между 4 4 3.Жемчужная молния Было замечено, что в некоторых случаях вспышка молний распадается на отдельные святящиеся участки длиной в несколько десятков метров. Это явление получило название жемчужной молнии. Согласно Малану (1961) такой вид молний объясняется на основе затяжного разряда, после свечения которого казалось бы более ярким в том месте, где канал изгибается в направлении наблюдателя, наблюдающего его концом к себе. А Юман (1962) считал, что это явление стоит рассматривать как пример "пинг-эффекта", который заключается в периодическом изменении радиуса разрядного столба с периодом в несколько микросекунд. 4. Шаровая молния, которая является наиболее загадочным природным явлением. 5. Нисходящая молния. (Облако- земля) .Молнии возникают, когда канал ионизированного воздуха –лидер – движется в направлении от грозового облака вниз к земле. 6. Восходящая молния. (Земля-облако) Молнии схожи с нисходящими, но развиваются в противоположном направлении. Возникаю.т на высоких башнях и небоскребах. 7. Эльфы. Эльфы представляют собой огромные, но слабосветящиеся вспышки-конусы диаметром около 400 км, которые появляются непосредственно из верхней части грозового облака. Высота эльфов может достигать 100 км, длительность вспышек — до 5 мс (в среднем 3 мс). 8. Джеты. Джеты представляют собой трубки-конусы синего цвета. Высота джетов может достигать 40-70 км (нижняя граница ионосферы), живут джеты относительно дольше эльфов. 9. Спрайты. Спрайты — некое подобие молнии, бьющей из облака вверх. Впервые это явление было зафиксировано в 1989 году случайно. Сейчас о физической природе спрайтов известно крайне мало. 5 5 10. Внутриоблачные и межоблачные . Разряд происходит внутри грозового облака, или реже между двумя тучами. 11 .Молния Кататумбо — уникальное метеорологическое явление в мире, происходящее в бассейне озера Маракайбо, крупнейшего озера Латинской Америки. 12 .Вулканическая молния или грязная гроза - это погодное явление, характеризующееся образованием молнии в облаке пепла, поднимающегося из жерла вулкана во время извержения. 6 6 Глава 2. Исторические воззрения на молнии Молния и гром первоначально воспринимались людьми как выражение воли богов и, в частности, как проявление божьего гнева. В древние века над этим размышлял Аристотель. Над природой молний задумывался Лукреций. Весьма наивно представляются его попытки объяснить гром как следствие того, что "тучи сшибаются там под натиском ветров". Многие столетия, включая и средние века, считалось, что молния - это огненный пар, зажатый в водяных парах туч. Расширяясь, он прорывает их в наиболее слабом месте и быстро устремляется в низ, к поверхности земли. В 1752 г Бенджамин Франклин экспериментально доказал, что молния это сильный электрический разряд. Ученый выполнил знаменитый опыт с воздушным змеем, который был запущен в воздух при приближении грозы. Опыт: На крестовине змея была укреплена заостренная проволочка, к концу веревки привязаны ключ и шелковая лента, которую он удерживал рукой. Как только грозовая туча оказалась над змеем, заостренная проволока стала извлекать из нее электрический заряд, и змей вместе с бечевой наэлектризуется. После того, как дождь смочит змея вместе с бечевкой, сделав их тем самым свободными проводить электрический заряд, можно наблюдать как электрический заряд будет "стекать" при приближении пальца. Одновременно с Франклиным исследованием электрической природы молнии занимались М.В. Ломоносов и Г.В. Рихман. Благодаря их исследованиям в середине 18 века была доказана электрическая природа молнии. С этого времени стало ясно, что молния представляет собой мощный электрический разряд, возникающий при достаточно сильной электризации туч. 7 7 Глава 3. Разряды и их виды. Молния – это искровой разряд электростатического заряда кучевого облака, сопровождающийся ослепительной вспышкой и резким звуком (громом). Таким образом, следует рассмотреть подробно классификацию разрядов и понять, почему же сверкает молния. Виды разрядов: - тлеющий; - дуговой; - коронный; - искровой. 1.Искровой разряд Этот разряд характеризуется прерывистой формой (даже при пользовании источниками постоянного тока). Он порядка атмосферного. В естественных природных условиях искровой разряд наблюдается в виде молний. Внешне искровой разряд представляет собой пучок ярких зигзагообразных разветвляющихся тонких полосок, мгновенно пронизывающих разрядный промежуток, быстро гаснущих и постоянно сменяющих друг друга. Эти полоски называют искровыми каналами. Они начинаются как от положительных, так и от отрицательных, а также от любой точки между ними. Каналы, развивающиеся от положительного электрода, имеют четкие нитевидные очертания, а развивающиеся от отрицательных - диффузные края и более мелкое ветвление. 2.Дуговой разряд можно наблюдать при следующих условиях: если после зажигания искрового разряда постепенно уменьшать сопротивление цепи, то сила тока в искре будет увеличиваться. Когда сопротивление цепи станет достаточно малым, возникнет новая форма газового разряда, называемого дуговым. При этом сила тока резко увеличивается, достигая десятков и сотен ампер, а напряжение на разрядном промежутке уменьшается до нескольких десятков вольт. 8 8 Это показывает, что в разряде возникают новые процессы, сообщающие газу очень большую электропроводность. 3.Коронный разряд наблюдается при сравнительно высоких давлениях газа (например, при атмосферном давлении) в резко неоднородном электрическом поле. Для получения значительной неоднородности поля электроды должны иметь резко различающиеся поверхности, т.е. один электрод -- очень большую поверхность, а другой -- очень малую. Так, например, коронный разряд можно легко получить, располагая тонкую проволоку внутри металлического цилиндра, радиус которого значительно больше радиуса проволоки. 4.Тлеющий разряд наблюдается при пониженных давлениях газа (порядка 0,1 мм рт. ст.). Если к электродам, впаянным в стеклянную трубку, приложить постоянное напряжение в несколько сот вольт и затем постепенно откачивать воздух из трубки, то наблюдается следующее явление: при уменьшении давления газа в некоторый момент в трубке возникает разряд, имеющий вид светящегося шнура, соединяющего анод и катод трубки. При дальнейшем уменьшении давления этот шнур расширяется и заполняет все сечение трубки, а свечение вблизи катода ослабевает. Около катода образуется первое темное пространство 1, к которому прилегает ионный светящийся слой 2(тлеющее свечение), который имеет резкую границу со стороны катода и постепенно исчезает со стороны анода. За тлеющим свечением наблюдается опять темный промежуток 3, называемый фарадеевым или вторым темным пространством. За ним лежит светящаяся область 4, простирающаяся до анода, или положительный столб. 9 9 Глава 4. Молниезащита До изобретения электричества и громоотвода люди боролись с разрушительными последствиями ударов молний заклинаниями. В Европе действенным средством борьбы считался непрерывный колокольный звон во время грозы. Согласно статистике, итогом 30-летней борьбы с молниями в Германии стало разрушение 400 колоколен и гибель 150 звонарей. Молниезащита – это комплекс технических решений и специальных приспособлений для обеспечения безопасности зданий. Первым человеком, придумавшим эффективный способ США Бенджамин Франклин - универсальный гений своей эпохи (1706-1790). Результатом семилетнего увлечения Франклина электричеством стало изобретение громоотвода. В 1750 Франклин предложил Лондонскому королевскому обществу поставить опыт с железной штангой, укрепленной на изолирующем основании и установленной на высокой башне. Он предполагал, что при приближении грозового облака к башне на верхнем конце первоначально нейтральной штанги сосредоточится заряд противоположного знака, а на нижнем - заряд того же знака, что у основания облака. Если напряженность электрического поля при разряде молнии возрастет достаточно сильно, заряд с верхнего конца штанги частично перетечет в воздух, а штанга приобретет заряд того же знака, что и основание облака. Предложенный Франклином эксперимент был осуществлен не в Англии, а под Парижем (в местечке Марли) в 1752 году французским физиком Жаном д'Аламбером. Француз использовал вставленную в стеклянную банку, служившую изолятором, железную штангу длиной 12 м, но не водрузил ее на башню.. Часто молниеотвод имеет форму металлического штыря, троса или сетки., Устанавливать громоотвод необходимо на высоту с учетом 900 конуса защиты окружающего пространства. Поскольку при молниевых разрядах в высоковольтных линиях электропередач могут возникать кратковременные импульсы в десятки киловольт, в электросеть добавляют электронные средства защиты. 10 10 Тем временем изобретатели продолжают искать новые способы спасения от попадания молний зданий и сооружений. Недавно ведущий инженер Московского института теплотехники Борис Игнатов запатентовал "универсальный молниеотвод" для защиты от линейных и шаровых молний. По теории Игнатова, поскольку ядро шаровой молнии является мощным магнитным диполем, при установке в зоне обычного громоотвода постоянного магнита, шаровая молния должна обязательно притянуться к этому магниту. Важно обеспечить надежный сток электрического заряда на землю. Недавно появился радикально новый способ борьбы с "небесными стрелами". Американский инженер Дуг Палмер предложил использовать водометы - направлять вверх струи подсоленной воды высотой до 300 метров. Молния, проходя водяной столп, будет уходить в землю. Подобные водометы можно размещать близ стадионов, где проходят соревнования или концерты. Вместо соли, повышающей электропроводность воды, можно использовать растворимые полимерные добавки. А ряд американских компаний выпускают "детекторы молний" приборы размером с мобильный телефон, которые, зафиксировав характерные электрические шумы в радиусе 60 километров, подают громкие сигналы, сообщая, что надо искать укрытие. Если же молния застала человека на открытом пространстве, то не стоит паниковать и попытаться найти реальное убежище. Таким убежищем может послужить лес. Не рекомендуется прятаться возле одиноких деревьев, поскольку возможно короткое замыкание между деревом и человеком (сопротивление человека около 500 Ом - меньше, чем у дерева). Нельзя во время грозы плавать в воде, поскольку вода является хорошим проводником электричества. Если гроза успешно миновала, можно продолжить занятие своим делом. Если же молния вас задела, но вы еще в состоянии думать, следует как можно скорее обратиться к врачу. 11 11 Медики полагают, что человек, выживший после удара молнии (а таких людей немало), даже не получив сильных ожогов головы и тела, впоследствии может получить осложнения в виде отклонений в сердечно-сосудистой и невралгической деятельности от нормы. Впрочем, может и обойтись. Люди давным-давно поняли, какой вред может принести удар молнии, и придумали от нее защиту. Но опять-таки назвали ее почему-то громоотводом, хотя он “отводит” не гром, а молнию. Громоотвод - это железный шест, который помещают как можно выше. Молнии ведь надо сначала проложить себе дорожку в воздухе. Понятное дело, что чем короче дорожка, тем проще ее сделать. А молния - ужасная лентяйка, всегда ищет самый короткий путь и ударяет в самый высокий (и, значит, самый близкий к ней) предмет. Когда молния “видит” поблизости высокий железный шест, приготовленный для нее людьми, она прокладывает дорожку именно к нему. А громоотвод проводом соединен с землей, и все электричество молнии, не причинив никому вреда, уходит в землю. А вот раньше, давным-давно, в городах и селах от ударов молний бывали большие пожары. Рабби Йеуда Нахшони приводит комментарий Раббейну Бахья (умер в 1340 г.), который считал, что Вавилонская башня должна была быть своего рода громоотводом против молний, которыми Всевышний намеревался сжечь землю. В энциклопедии сказано, что громоотвод изобрел Бенджамин Франклин (1706-1790) в Америке. Не спорим, он действительно интересовался этим вопросом, сумел использовать накопленный опыт и дать практическое применение своим идеям. Однако, как мы видим, еще во время составления Мишны (1500 лет до этого) уже использовались громоотводы. Поэтому можно считать, что первенство, приписываемое Франклину, на деле является довольно сомнительным. В далекое прошлое уходят воспоминания о вещах, ставших для нас привычными, и не всегда удается найти того, кто был первым, кто открыл для нас то, без чего свою жизнь мы уже не можем и представить. 12 12 Принцип работы внешней молниезащиты очень прост и основан на базовом свойстве электрического тока, которое заключается в том, что он протекает всегда по пути наименьшего электрического сопротивления. 13 13 Глава 5. Шаровая молния Шаровая молния абсолютно не похожа на обычную (линейную) молнию ни по своему виду, ни по тому, как она себя ведет. Обычная молния кратковременна; шаровая живет десятки секунд, минуты. Обычная молния сопровождается громом; шаровая почти бесшумна, в поведении ее много непредсказуемого. Шаровая молния задает нам множество загадок, вопросов, на которые нет ясного ответа. В первой половине 19 века французский физик, астроном и естествоиспытатель Франсуа Араго, возможно первым в истории цивилизации, произвёл сбор и систематизировал все известные на то время свидетельства появления шаровой молнии. В его книге было описано более 30 случаев наблюдения шаровых молний. Выдвинутое некоторыми учеными предположение о том, что шаровая молния представляет собой плазменный шар, было отклонено, поскольку «горячий шар из плазмы должен был бы подняться вверх как аэростат», а этого шаровая молния как раз и не делает. Согласно другой теории, наружные шаровые молнии вызываются атмосферным мазером (квантовым генератором СВЧ-диапазона). Двое ученых из Новой Зеландии – Джон Абрамсон и Джеймс Диннис – уверены, что шаровые молнии состоят из клочковатых шариков горящего кремния, созданных ударом в землю обычной молнии. Согласно их теории, когда молния ударяет в землю, минералы распадаются на крошечные частицы кремния и его составляющие – кислород и углерод. Эти заряженные частички соединяются в цепочки, которые продолжают формировать уже волокнистые сетки. Они собираются вместе в светящийся «клочковатый» шар, который подхватывается воздушными потоками. Там он парит как шаровая молния или горящий шар из кремния, излучая энергию, поглощенную им от молнии в виде тепла и света, до тех пор, пока не сгорит. В научной среде существует масса гипотез происхождения шаровых молний, о которых нет смысла рассказывать, так как все они являются только предположениями 14 14 Глава 6. Чем опасна молния для окружающих? Молния опасна тем, что, как природное явление, имеет чрезвычайную разрушительную силу. Сама по себе молния — это импульс электрического тока огромной силы, который возникает за счет накопления заряда в облаках гроз. Сила тока в этом импульсе колоссальна и составляет 200 тысяч ампер. Хотя, такие сильные молнии скорее редкость, чем данность. Чаще всего встречаются молнии с силой тока в 100 тысяч ампер. Из этого следует, что проходя через различные объекты, материалы, сила тока привод к выделению энергии тепла, что и является причиной разрушений и пожаров, а также несчастных случаев со многими людьми. Выделяемая в каждом конкретном случае энергия зависит от характеристик того вещества, через которое проходит сам ток. На это, прежде всего, влияет такая характеристика материала, как сопротивление току. Чем оно выше — тем больше тепла будет выделяться. Например, если молния ударит в трубу из металла, которая установлена в земле, что ничего страшного не произойдет. Труба немного нагреется и все. Если же эта труба составлена из двух кусков, и в месте соединения они не плотно прилегают друг к другу, то в момент удара воздух в этом самом месте создаст сильное сопротивление, что приведет к сильному разряду и расколу трубы на две части. Если же дело касается человека, то молния представляет для него огромную опасность. Ток высокой силы мгновенно проходит через его тело, устремляясь в землю и может вызвать самые различные повреждения, которые в худшем случае заканчиваются его смертью. Как правило, разряд имеет не очень большую толщину и если в момент прохождения через тело он не затрагивает жизненно важных органов, то все может обойтись. В случае если разряд пройдет через сердечно-сосудистую систему, через мозг или определенные мышцы, то может наступить паралич или же мгновенная смерть. 15 15 Глава 7. Гипотезы о природе шаровой молнии 1.Шаровая молния - сочетание магнитных и электрических полей. 2.Образуется благодаря ударам молнии в грунт, при которых возможны возгорания различных органических обьектов. 3.Шаровая молния – это сгусток низкотемпературной радиоактивной плазмы Все гипотезы, касающиеся физической природы шаровой молнии можно разделить на две группы. В одну группу входят гипотезы, согласно которым шаровая молния непрерывно получает энергию извне. Предполагается, что молния каким-то образом получает энергию, накапливающуюся в облаках и тучах, причем тепловыделение в самом канале оказывается незначительным, так что вся передаваемая энергия сосредотачивается в объеме шаровой молнии, вызывая его свечение. К другой группе относятся гипотезы, согласно которым шаровая молния становится самостоятельно существующим объектом. Этот объект состоит из некоего вещества, внутри которого происходят процессы, приводящие к выделению энергии. Среди гипотез первой группы отметим гипотезу, предложенную в 1965 году академиком Капицей. Он подсчитал, что собственных запасов энергии шаровой молнии должно хватить на ее существование в течение сотых долей секунды. В природе, как известно, она существует гораздо дольше и нередко заканчивает свое существование взрывом. Возникает вопрос, откуда энергия? Поиск решения привел Капицу к выводу, что "если в природе не существует источников энергии, еще нам неизвестных, то на основании закона сохранения энергии приходится принять, что во время свечения к шаровой молнии непрерывно подводится энергия, и мы вынуждены искать источник вне объема шаровой молнии". 16 16 Он высказал мысль, что искусственная шаровая молния может быть создана с помощью мощного потока радиоволн, сфокусированного в ограниченную область пространства (Если молния - шар диаметром порядка 35-70 см.) Но несмотря на многие привлекательные стороны данной гипотезы, она все же представляется несостоятельной: не объясняет характера перемещения шаровой молнии, зависимости ее поведения от воздушных потоков; в рамках данной гипотезы трудно объяснить хорошо наблюдаемую четкую поверхность молнии; взрыв такой шаровой молнии не должен сопровождаться выделением энергии и напоминает громкий хлопок. Несколько лет назад в одной из лабораторий НИИ механики МГУ под руководством А.М. Хазена была создана еще одна теория огненного шара. Согласно ей, в грозу под действием разности потенциалов начинается направленный дрейф электронов из облаков к земле. Попутно электроны, разумеется, сталкиваются с молекулами газов, из которых состоит воздух, причем вопреки здравому смыслу - тем реже, чем выше скорость электрона. В итоге отдельные атомы, достигшие некоей критической скорости, скатываются вниз, будто с горки. Такой "эффект горки" перестраивает войско заряженных частиц. Они начинают скатываться не беспорядочной толпой, а шеренгами, подобно тому, как накатываются волны морского прибоя. Только "прибой" этот обладает колоссальной скоростью - 1000 км/с! Энергии таких волн, как показывают расчеты Хазена, вполне достаточно, чтобы, настигая плазменный шар, подпитывать его своим электростатическим полем и некоторое время поддерживать в нем электромагнитные колебания. Теория Хазена ответила на некоторые вопросы: почему шаровая молния часто движется над землей, будто копируя рельеф местности? обе силы уравновешивают друг друга и шар словно катится по невидимым рельсам. Иногда, правда, шаровая молния делает и резкие скачки. Их причиной может послужить либо сильный порыв ветра, либо изменение в направлении движения электронной лавины. 17 17 Нашлось объяснение и еще одному факту: шаровая молния стремится попасть внутрь построек. Любое строение, особенно каменное, поднимает в данном месте уровень грунтовых вод, а значит, возрастает электропроводность почвы, что и привлекает плазменный шар. И наконец, почему шаровая молния по-разному заканчивает свое существование, иногда бесшумно, а чаще - взрывом? Здесь тоже виноват электронный дрейф. Если к шаровому "сосуду" подводится слишком много энергии, он, в конце концов, лопается от перегрева или, попав в область повышенной электропроводности разряжается, подобно обычной линейной молнии. Если же электронный дрейф по каким-либо причинам затухает, шаровая молния тихо угасает, рассеивая свой заряд в окружающем пространстве. А.М. Хазен создал интересную теорию одного из самых загадочных явлений природы и предложил схему ее создания: "Возьмем проводник, проходящий через центр антенны передатчика сверхвысоких частот (СВЧ). Вдоль проводника, как по волноводу, будет распространятся электромагнитная волна. Причем проводник надо взять достаточно длинный, чтобы антенна электростатически не влияла на свободный конец. Подключим этот проводник к импульсному генератору высокого напряжения и, включив генератор, подадим на него короткий импульс напряжения, достаточный для того, чтобы на свободном конце мог возникнуть коронный разряд. Импульс надо сформировать так, чтобы возле его заднего фронта напряжение на проводнике не падало до нуля, а сохранялось на каком-то уровне, недостаточном для создания короны, то есть постоянно светящегося заряда на проводнике. Если менять амплитуду и время импульса постоянного напряжения, варьировать частоту т амплитуду поля СВЧ, то в конце концов на свободном конце провода даже после выключения переменного поля должен остаться и, возможно, отделиться от проводника светящийся плазменный сгусток". 18 18 И все же большинство ученых отдают предпочтение гипотезам второй группы. Одна из них предполагает химическую природу шаровой молнии. Первым ее предложил Доминик Араго. А в середине 70-х годов ее детально разрабатывал Б.М.Смирнов. Предполагается, что шаровая молния состоит из обычного воздуха (имеющего температуру примерно на 100? выше температуры окружающей атмосферы), небольшой примеси озона и оксидов азота и. Принципиально важную роль здесь играет озон, образующийся при разряде обычной молнии; его концентрация около 3%. Стаханов, как и многие другие физики, исходил из того, что молния состоит из вещества, находящегося в состоянии плазмы. Плазма похожа на газообразное состояние с единственной разницей: молекулы вещества в плазме ионизированы, то есть потеряли (или наоборот приобрели лишние) электроны и перестали быть нейтральными. Это значит, что молекулы могут взаимодействовать не только как частицы газа - при столкновениях, но и на расстоянии с помощью электрических сил. Разноименно заряженные частицы притягиваются. Поэтому в плазме молекулы стремятся вернуть себе потерянный заряд путем рекомбинации с оторванными электронами. Но после рекомбинации плазма превратится в обычный газ. Поддерживать жизнь плазмы можно только до тех пор, пока рекомбинации что-то мешает, - как правило, очень высокая температура. Если шаровая молния - это плазменный шар, то она обязана быть горячей. Так рассуждали сторонники плазменных моделей до Стаханова. А он заметил, что существует и другая возможность. Ионы, то есть молекулы, потерявшие или захватившие лишний электрон, могут притянуть к себе обыкновенные нейтральные молекулы воды и окружить себя прочной "водяной" оболочкой, запирающей лишние электроны внутри и не дающий им воссоединятся со своими хозяевами. 19 19 Глава 8. Исследовательская деятельность. Из энциклопедических источников я узнал, что все тела состоят из мельчайших частиц – атомов. Атомы состоят из ещё более мелких частиц: протонов и электронов. Протоны имеют положительный заряд, электроны – отрицательный заряд. Заряды с противоположными знаками притягиваются, заряды с одноименными знаками отталкиваются. Атомы содержат одинаковое количество протонов и электронов, поэтому заряды уравновешиваются. Протоны с нейтронами находятся в неподвижном состоянии и представляют собой ядро атома. Электроны постоянно вращаются вокруг ядра. Если количество электронов в атомах увеличивается или уменьшается, тело электризуется. В экспериментах для электризации предметов (воздушные шарики, пластмассовая трубочка, ) я натирал эти предметы о шерстяной шарф . Когда мы трем шарик о шерстяную ткань, отдельные электроны атомов шерсти отрываются и переходят к атомам, образующим шарик. Атомы шарика, получив избыток электронов, электризуются. При проведении опытов я установил, что одноименные электрические заряды отталкиваются, разноименные – притягиваются. Так, наэлектризованные воздушные шарики, имеющие оба отрицательный заряд, удаляются друг от друга. А пластмассовая палочка при трении получившая отрицательный заряд, приобрела способность притягивать положительные заряды бумаги и заставила бумажную звёздочку двигаться за собой. Вывод: Гипотеза подтвердилась. Молния – это электрический разряд сильно наэлектризованного облака, направленный к земле. 20 20 Выводы. Молния - одно из самых разрушительных и устрашающих природных явлений, с которыми повсеместно сталкивается человек. В настоящий момент современный уровень науки и техники позволяет создать действительно функционально надежную и соответствующую техническому уровню систему молниезащиты. Шаровая молния - загадочное явление природы, о наблюдениях которого сообщается на протяжении нескольких столетий. Большой прогресс в исследовании этого явления был достигнут в последние десять - пятнадцать лет. Изучение загадочного явления прогрессирует за счет развития смежных областей физики и химии. Естественно считать, что в основе природы шаровой молнии лежат известные физические закономерности, но их сочетание приводит к новому качеству, которое мы не понимаем. Разобравшись в этом, мы найдем реальным то, что ранее казалось экзотическим, и получим качественные представления, которые могут иметь аналоги и в других физических процессах и явлениях. Получение таких представлений обогащает науку и является ценным в рассматриваемых исследованиях. Такова логика развития науки вообще, и накопленный опыт исследования природы шаровой молнии подтверждает это. На Земле происходит около 32 миллиардов ударов молний в год, ущерб от которых оценивается в 5 миллиардов долларов. Только в США от молний ежегодно страдает около 1000 человек, двести из которых гибнет. По статистике, молнии попадают в самолеты, в среднем, три раза в год, но в наши дни это редко приводит к серьезным последствиям. Современные авиалайнеры теперь достаточно хорошо защищены от удара молнии. Самая тяжелая авиационная катастрофа, вызванная молнией, произошла 8 декабря 1963 года в штате Мэрилэнд, США. 21 21 В ходе написания работы, была изучена специальная литература, благодаря которой выполнена цель данной исследовательской работы Молния - одно из самых разрушительных и устрашающих природных явлений, с которыми повсеместно сталкивается человек. В настоящий момент современный уровень науки и техники позволяет создать действительно функционально надежную и соответствующую техническому уровню систему молниезащиты. 22 22 Список используемой литературы Физика. 9 кл.: Учеб. для общеобразоват. учреждений / А. В. Перышкин, Е. М. Гутник. - 7-е изд., испр. - М.: Дрофа, 2003. Френкель Я.И. Собрание избранных трудов, т. 2. М. -Л., 1958 Имянитов И.М., Чубарина Е.В., Шварц Я.М. Электричество облаков. Л., 1971 Юман М.А. Молния.М., 1972 Тарасов Л.В. Физика в природе. - М.: Просвещение, 1988. 23 23
