Apakah kilat dan bagaimana ia berlaku?

Asal usul awan petir

Kabus yang naik tinggi di atas tanah terdiri daripada zarah air dan membentuk awan. Awan yang lebih besar dan lebih berat dipanggil awan kumulus. Sesetengah awan adalah mudah—ia tidak menyebabkan kilat atau guruh. Yang lain dipanggil ribut petir kerana ia mencipta ribut petir, membentuk kilat dan petir. Awan petir berbeza daripada awan hujan biasa kerana ia dicas dengan elektrik: ada yang positif, ada yang negatif.

Bagaimanakah awan petir terbentuk? Semua orang tahu betapa kuatnya angin semasa ribut petir. Tetapi pusaran udara yang lebih kuat terbentuk lebih tinggi di atas tanah, di mana hutan dan gunung tidak menghalang pergerakan udara. Angin ini menjana kebanyakannya elektrik positif dan negatif di awan.

Terdapat elektrik positif di tengah setiap titisan, dan jumlah elektrik negatif yang sama terdapat di sepanjang permukaan titisan. Titisan hujan yang jatuh ditangkap oleh angin dan jatuh ke dalam arus udara. Angin, memukul titisan dengan kuat, memecahkannya menjadi kepingan.Dalam kes ini, zarah luar titisan yang tertanggal menjadi dicas dengan elektrik negatif.

Baki bahagian titisan yang lebih besar dan lebih berat dicas dengan elektrik positif. Bahagian awan tempat titisan berat terkumpul dicas dengan elektrik positif. Hujan yang turun dari awan memindahkan sebahagian daripada elektrik awan ke tanah, dan dengan itu tarikan elektrik tercipta antara awan dan tanah.

Dalam rajah. 1 menunjukkan taburan elektrik dalam awan dan di permukaan bumi. Jika awan dicas dengan elektrik negatif, maka, berusaha untuk tertarik kepadanya, elektrik positif bumi akan diedarkan ke atas permukaan semua objek tinggi yang mengalirkan arus elektrik. Semakin tinggi objek yang berdiri di atas tanah, semakin kecil jarak antara bahagian atas dan bawah awan dan semakin kecil lapisan udara yang kekal di sini, mengeluarkan tenaga elektrik yang bertentangan. Jelas kelihatan kilat lebih mudah menembusi tanah di tempat-tempat tersebut. Kami akan memberitahu anda lebih lanjut mengenai perkara ini kemudian.

nasi. 1. Pengagihan elektrik dalam awan petir dan objek tanah

Apa yang menyebabkan kilat?

Mendekati pokok atau rumah yang tinggi, awan petir yang dicas dengan elektrik bertindak di atasnya. Dalam rajah. 1 awan yang dicas dengan elektrik negatif menarik elektrik positif ke bumbung, dan elektrik negatif rumah akan masuk ke dalam tanah.

Kedua-dua elektrik—di awan dan di atas bumbung rumah—cenderung menarik antara satu sama lain. Sekiranya terdapat banyak elektrik di awan, maka banyak elektrik terbentuk di rumah melalui pengaruh.

Sama seperti air yang masuk boleh menghakis empangan dan mengalir ke sungai, membanjiri lembah dalam pergerakannya yang tidak terhad, begitu juga elektrik, yang semakin terkumpul dalam awan, akhirnya boleh menembusi lapisan udara yang memisahkannya dari permukaan bumi dan tergesa-gesa. turun ke bumi, ke elektrik yang bertentangan. Nyahcas yang kuat akan berlaku—percikan elektrik akan menggelongsor di antara awan dan rumah.

Inilah kilat yang menyambar rumah. Pelepasan kilat boleh berlaku bukan sahaja antara awan dan tanah, tetapi juga antara dua awan yang dicas dengan jenis elektrik yang berbeza.

Semakin kuat angin, semakin cepat awan dicas dengan elektrik. Angin membelanjakan sejumlah kerja, yang pergi ke dalam memisahkan elektrik positif dan negatif.

Bagaimanakah kilat berkembang?

Selalunya, kilat menyambar bumi datang dari awan yang dicas dengan elektrik negatif. Kilat yang menyambar dari awan sedemikian berkembang dengan cara ini.

Pertama, sejumlah kecil elektron mula mengalir dari awan ke tanah, dalam saluran sempit, membentuk semacam arus di udara.

Dalam rajah. 2 menunjukkan permulaan pembentukan kilat ini. Di bahagian awan di mana saluran mula terbentuk, elektron yang mempunyai kelajuan pergerakan yang tinggi telah terkumpul, akibatnya mereka, berlanggar dengan atom udara, memecahkannya menjadi nukleus dan elektron.

nasi. 2. Kilat mula terbentuk dalam awan

Elektron yang dilepaskan dalam kes ini juga bergegas ke tanah dan, sekali lagi berlanggar dengan atom udara, memisahkannya.Ia seperti turunnya salji di pergunungan, apabila pada mulanya segumpal kecil, berguling ke bawah, tumbuh ditutupi dengan kepingan salji yang melekat padanya, dan, mempercepatkan penerbangannya, menjadi runtuhan salji yang besar.

Dan di sini longsoran elektron menangkap isipadu udara baharu, membelah atomnya menjadi kepingan. Dalam kes ini, udara dipanaskan, dan apabila suhu meningkat, kekonduksiannya meningkat. Ia bertukar daripada penebat kepada konduktor. Melalui saluran konduktif udara yang terhasil daripada awan, elektrik mula mengalir lebih banyak dan lebih. Elektrik menghampiri bumi pada kelajuan yang luar biasa, mencapai 100 kilometer sesaat.

Dalam seperseratus saat, longsoran elektron mencapai tanah. Ini menamatkan hanya bahagian pertama, boleh dikatakan, "persediaan" kilat: kilat telah menuju ke tanah. Bahagian kedua, bahagian utama pembangunan Lightning masih belum datang. Bahagian yang dianggap pembentukan kilat dipanggil konduktor. Perkataan asing ini bermaksud "pemimpin" dalam bahasa Rusia. Panduan memberi laluan kepada bahagian kedua yang lebih kuat daripada kilat; bahagian ini dipanggil bahagian utama. Sebaik sahaja saluran itu sampai ke tanah, elektrik mula mengalir melaluinya dengan lebih ganas dan cepat.

Kini terdapat hubungan antara elektrik negatif yang terkumpul di saluran dan elektrik positif yang telah jatuh ke tanah dengan titisan hujan, dan dengan tindakan elektrik terdapat pelepasan elektrik antara awan dan tanah. Nyahcas sedemikian adalah arus elektrik dengan kekuatan yang sangat besar — ​​kekuatan ini jauh lebih besar daripada kekuatan arus dalam rangkaian elektrik konvensional.

Arus yang mengalir dalam saluran meningkat dengan cepat, dan selepas mencapai kekuatan maksimum, ia mula berkurangan secara beransur-ansur.Saluran kilat yang melaluinya arus yang begitu kuat memanaskan banyak dan oleh itu bersinar terang. Tetapi masa aliran arus dalam nyahcas kilat adalah sangat singkat. Nyahcas berlangsung selama pecahan yang sangat kecil sesaat dan oleh itu tenaga elektrik yang dihasilkan semasa nyahcas adalah agak kecil.

Dalam rajah. 3 menunjukkan pergerakan beransur-ansur konduktor kilat ke arah tanah (tiga angka pertama di sebelah kiri).

nasi. 3. Pembangunan beransur-ansur konduktor kilat (tiga angka pertama) dan bahagian utamanya (tiga angka terakhir).

Tiga rajah terakhir menunjukkan momen berasingan pembentukan bahagian kedua (utama) kilat. Seseorang yang melihat denyar, sudah tentu, tidak dapat membezakan panduannya dari bahagian utama, kerana mereka mengikuti satu sama lain dengan sangat cepat, pada jalan yang sama.

Selepas menyambung dua jenis elektrik yang berbeza, arus terputus. Biasanya kilat tidak berhenti di situ. Selalunya seorang pemimpin baru segera meluru di sepanjang laluan yang dicetuskan oleh lontaran pertama, dan di belakangnya, di laluan yang sama, sekali lagi adalah bahagian mata lontaran. Ini melengkapkan pelepasan kedua.

Terdapat sehingga 50 kategori berasingan sedemikian, setiap satu terdiri daripada ketua dan badan utamanya sendiri. Selalunya terdapat 2-3 daripadanya. Kemunculan pelepasan yang berasingan menjadikan kilat terputus-putus, dan selalunya seseorang yang melihat kilat melihatnya berkelip-kelip. Inilah yang menyebabkan denyar berkelip.

Masa antara pembentukan pelepasan berasingan adalah sangat singkat. Ia tidak melebihi seperseratus saat. Jika bilangan nyahcas sangat besar, maka tempoh kilat boleh mencapai satu saat atau bahkan beberapa saat.

Kami telah mempertimbangkan hanya satu jenis kilat, yang merupakan yang paling biasa.Kilat ini dipanggil kilat linear kerana ia kelihatan pada mata kasar sebagai satu garisan—jalur sempit dan cerah berwarna putih, biru muda atau merah jambu terang.

Garis kilat mempunyai panjang ratusan meter hingga beberapa kilometer. Laluan kilat biasanya zigzag. Kilat selalunya mempunyai banyak cabang. Seperti yang telah disebutkan, pelepasan kilat linear boleh berlaku bukan sahaja di antara awan dan tanah, tetapi juga di antara awan.

kilat bola

Selain linear, terdapat, bagaimanapun, lebih jarang jenis kilat lain. Kami akan mempertimbangkan salah satu daripada mereka, yang paling menarik - kilat bola.

Kadang-kadang terdapat pelepasan kilat yang merupakan bola api. Bagaimana kilat bola terbentuk masih belum dikaji, tetapi pemerhatian yang tersedia mengenai jenis pelepasan kilat yang menarik ini membolehkan kita membuat beberapa kesimpulan.

Selalunya, kilat bola berbentuk seperti tembikai atau pir. Ia berlangsung agak lama — dari pecahan sesaat hingga beberapa minit.

Tempoh kilat bola yang paling biasa ialah 3 hingga 5 saat. Selalunya, kilat bola muncul pada penghujung ribut petir dalam bentuk bola bercahaya merah dengan diameter 10 hingga 20 sentimeter. Dalam kes yang jarang berlaku, ia juga besar. Sebagai contoh, panahan kilat dengan diameter kira-kira 10 meter telah dirakamkan.

Bola kadangkala boleh berwarna putih membuta tuli dan mempunyai garisan yang sangat tajam. Kilat bola biasanya mengeluarkan bunyi mendesis, berdengung atau mendesis.

Kilat bola boleh pudar secara senyap, tetapi ia boleh mengeluarkan bunyi berderak samar atau bahkan letupan yang memekakkan telinga. Apabila ia hilang, ia sering meninggalkan kabus berbau pedas. Berhampiran tanah atau di dalam rumah, kilat bola bergerak dengan kelajuan seorang lelaki berlari — kira-kira dua meter sesaat.Ia boleh kekal dalam keadaan rehat untuk seketika, dan bola "menetap" seperti itu mendesis dan melemparkan percikan api sehingga ia hilang. Kadangkala kilat bola kelihatan dipandu oleh angin, tetapi biasanya pergerakannya adalah bebas daripada angin.

Kilat bola tertarik kepada ruang tertutup, di mana ia menembusi melalui tingkap atau pintu yang terbuka, dan kadang-kadang melalui retakan kecil. Paip adalah cara yang baik untuk mereka; itulah sebabnya bola api sering keluar dari ketuhar di dapur. Selepas mengelilingi bilik, bola petir meninggalkan bilik, selalunya keluar di sepanjang laluan yang sama yang dimasukinya.

Kadang-kadang kilat naik dan turun dua atau tiga kali pada jarak beberapa sentimeter hingga beberapa meter. Serentak dengan turun naik ini, bola api kadangkala bergerak ke arah mendatar, dan kemudian kilat bola kelihatan membuat lompatan.

Selalunya, kilat bola "menetap" pada wayar, lebih suka mata tertinggi, atau bergolek di sepanjang wayar, contohnya, di sepanjang paip saliran. Bergerak di sepanjang badan orang, kadang-kadang di bawah pakaian, bola api menyebabkan luka melecur teruk dan juga kematian. Terdapat banyak penerangan tentang kes kerosakan maut kepada manusia dan haiwan oleh kilat. Kilat haba boleh menyebabkan kerosakan yang sangat teruk pada bangunan.

Di manakah kilat menyambar?

Memandangkan kilat adalah nyahcas elektrik melalui ketebalan penebat - udara, ia paling kerap berlaku di mana lapisan udara antara awan dan sebarang objek di permukaan bumi akan menjadi lebih kecil. Pemerhatian langsung menunjukkan ini: kilat cenderung menyerang menara loceng tinggi, tiang, pokok dan objek tinggi lain.

Namun, kilat menyambar bukan sahaja ke objek tinggi.Dari dua tiang bersebelahan dengan ketinggian yang sama, satu diperbuat daripada kayu dan satu lagi dari logam, dan berdiri tidak jauh antara satu sama lain, kilat akan menyerbu ke logam. Ini akan berlaku kerana dua sebab: Pertama, logam menghantar elektrik jauh lebih baik daripada kayu, walaupun dalam keadaan basah. Kedua, tiang logam disambungkan dengan baik ke tanah dan elektrik dari tanah boleh mengalir dengan lebih bebas ke tiang semasa pembangunan pemimpin.

Keadaan terakhir digunakan secara meluas untuk melindungi pelbagai bangunan daripada kilat. Lebih besar luas permukaan tiang logam yang bersentuhan dengan tanah, lebih mudah bagi elektrik dari awan untuk masuk ke dalam tanah.

Ini boleh dibandingkan dengan bagaimana aliran cecair dituangkan melalui corong ke dalam botol. Jika bukaan dalam corong cukup besar, jet akan terus masuk ke dalam botol. Jika bukaan dalam corong kecil, maka cecair akan mula melimpah ke tepi corong dan tuangkan ke lantai.

Kilat boleh menyerang walaupun di permukaan bumi yang rata, tetapi pada masa yang sama ia bergegas di mana kekonduksian elektrik tanah lebih besar. Jadi, sebagai contoh, tanah liat basah atau paya disambar petir lebih awal daripada pasir kering atau tanah kering berbatu. Atas sebab yang sama, petir menyambar tebing sungai dan sungai, lebih suka mereka daripada pokok tinggi tetapi kering yang menjulang tinggi berhampiran mereka.

Ciri kilat ini — untuk bergegas ke badan yang dibumikan dengan baik dan berkelir dengan baik — digunakan secara meluas untuk melaksanakan pelbagai peranti pelindung.