Доктор биологических наук, кандидат физико-математических наук К. БОГДАНОВ.
В каждый момент времени в разных точках Земли сверкают молнии более 2000 гроз. В каждую секунду около 50 молний ударяются в поверхность земли, и в среднем каждый ее квадратный километр молния поражает шесть раз за год. Еще Б. Франклин показал, что молнии, бьющие по земле из грозовых облаков, - это электрические разряды, переносящие на нее отрицательный заряд величиной несколько десятков кулон, а амплитуда тока при ударе молнии составляет от 20 до 100 кА. Скоростная фотосъемка показала, что разряд молнии длится несколько десятых долей секунды и состоит из нескольких еще более коротких разрядов. Молнии издавна интересуют ученых, но и в наше время об их природе мы знаем лишь немного больше, чем 250 лет тому назад, хотя смогли их обнаружить даже на других планетах.
Наука и жизнь // Иллюстрации
Способность электризации трением различных материалов. Материал из трущейся пары, находящийся выше в таблице, заряжается положительно, а ниже - отрицательно.
Отрицательно заряженный низ облака поляризует поверхность Земли под собой так, что она заряжается положительно, и, кода появляются условия для электрического пробоя, возникает разряд молнии.
Распределение частоты гроз по поверхности суши и океанов. Самые темные места на карте соответствуют частотам не более 0,1 грозы в год на квадратный километр, а самые светлые - более 50.
Зонт с громоотводом. Модель продавалась в XIX веке и пользовалась спросом.
Выстрел жидкостью или лазером по грозовой туче, нависшей над стадионом, уводит разряд молнии в сторону.
Несколько разрядов молний, вызванных пуском ракеты в грозовую тучу. Левая вертикальная прямая - след ракеты.
Крупный «ветвистый» фульгурит весом 7,3 кг, найденный автором на окраине Москвы.
Полые цилиндрические фрагменты фульгурита, образованные из оплавленного песка.
Белый фульгурит из Техаса.
Молния - вечный источник подзарядки электрического поля Земли . В начале XX века с помощью атмосферных зондов измерили электрическое поле Земли. Его напряженность у поверхности оказалась равной примерно 100 В/м, что соответствует суммарному заряду планеты около 400 000 Кл. Переносчиком зарядов в атмосфере Земли служат ионы, концентрация которых увеличивается с высотой и достигает максимума на высоте 50 км, где под действием космического излучения образовался электропроводящий слой - ионосфера. Поэтому электрическое поле Земли - это поле сферического конденсатора с приложенным напряжением около 400 кВ. Под действием этого напряжения из верхних слоев в нижние все время течет ток силой 2-4 кА, плотность которого составляет 1-2 . 10 -12 А/м 2 , и выделяется энергия до 1,5 ГВт. И это электрическое поле исчезло бы, если бы не было молний! Поэтому в хорошую погоду электрический конденсатор - Земля - разряжается, а при грозе заряжается.
Человек не чувствует электрического поля Земли, так как его тело - хороший проводник. Поэтому заряд Земли находится и на поверхности тела человека, локально искажая электрическое поле. Под грозовым облаком плотность наведенных на земле положительных зарядов может значительно возрастать, а напряженность электрического поля - превышать 100 кВ/м, в 1000 раз больше ее значения в хорошую погоду. В результате во столько же раз увеличивается положительный заряд каждого волоска на голове человека, стоящего под грозовой тучей, и они, отталкиваясь друг от друга, встают дыбом.
Электризация - удаление "заряженной" пыли. Чтобы понять, как облако разделяет электрические заряды, вспомним, что такое электризация. Легче всего зарядить тело, потерев его о другое. Электризация трением - самый старый способ получения электрических зарядов. Само слово "электрон" в переводе с греческого на русский означает янтарь, так как янтарь всегда заряжался отрицательно при трении о шерсть или шелк. Величина заряда и его знак зависят от материалов трущихся тел.
Считается, что тело, до того как его стали тереть о другое, электронейтрально. Действительно, если оставить заряженное тело в воздухе, то к нему начнут прилипать противоположно заряженные частицы пыли и ионы. Таким образом, на поверхности любого тела находится слой "заряженной" пыли, нейтрализующий заряд тела. Поэтому электризация трением - это процесс частичного снятия "заряженной" пыли с обоих тел. При этом результат будет зависеть от того, на сколько лучше или хуже снимается "заряженная" пыль с трущихся тел.
Облако - фабрика по производству электрических зарядов. Трудно представить, что в облаке находится пара материалов из перечисленных в таблице. Однако на телах может оказаться различная "заряженная" пыль, даже если они сделаны из одного того же материала, - достаточно, чтобы микроструктура поверхности отличалась. Например, при трении гладкого тела о шероховатое оба будут электризовываться.
Грозовое облако - это огромное количество пара, часть которого конденсировалось в виде мельчайших капелек или льдинок. Верх грозового облака может находиться на высоте 6-7 км, а низ нависать над землей на высоте 0,5-1 км. Выше 3-4 км облака состоят из льдинок разного размера, так как температура там всегда ниже нуля. Эти льдинки находятся в постоянном движении, вызванном восходящими потоками теплого воздуха от нагретой поверхности земли. Мелкие льдинки легче, чем крупные, увлекаются восходящими потоками воздуха. Поэтому "шустрые" мелкие льдинки, двигаясь в верхнюю часть облака, все время сталкиваются с крупными. При каждом таком столкновении происходит электризация, при которой крупные льдинки заряжаются отрицательно, а мелкие - положительно. Со временем положительно заряженные мелкие льдинки оказываются в верхней части облака, а отрицательно заряженные крупные - внизу. Другими словами, верхушка грозы заряжена положительно, а низ - отрицательно. Все готово для разряда молнии, при котором происходит пробой воздуха и отрицательный заряд с нижней части грозовой тучи перетекает на Землю.
Молния - привет из космоса и источник рентгеновского излучения. Однако само облако не в состоянии так наэлектризовать себя, чтобы вызвать разряд между своей нижней частью и землей. Напряженность электрического поля в грозовом облаке никогда не превышает 400 кВ/м, а электрический пробой в воздухе происходит при напряженности больше 2500 кВ/м. Поэтому для возникновения молнии необходимо что-то еще кроме электрического поля. В 1992 году российский ученый А. Гуревич из Физического института им. П. Н. Лебедева РАН (ФИАН) предположил, что своеобразным зажиганием для молнии могут быть космические лучи - частицы высоких энергий, обрушивающиеся на Землю из космоса с околосветовыми скоростями. Тысячи таких частиц каждую секунду бомбардируют каждый квадратный метр земной атмосферы.
Согласно теории Гуревича, частица космического излучения, сталкиваясь с молекулой воздуха, ионизирует ее, в результате чего образуется огромное число электронов, обладающих высокой энергией. Попав в электрическое поле между облаком и землей, электроны ускоряются до околосветовых скоростей, ионизируя путь своего движения и, таким образом, вызывая лавину электронов, движущихся вместе с ними к земле. Ионизированный канал, созданный этой лавиной электронов, используется молнией для разряда (см. "Наука и жизнь" № 7, 1993 г.).
Каждый, кто видел молнию, заметил, что это не ярко светящаяся прямая, соединяющая облако и землю, а ломаная линия. Поэтому процесс образования проводящего канала для разряда молнии называют ее "ступенчатым лидером". Каждая из таких "ступенек" - это место, где разогнавшиеся до околосветовых скоростей электроны остановились из-за столкновений с молекулами воздуха и изменили направление движения. Доказательство для такой интерпретации ступенчатого характера молнии - вспышки рентгеновского излучения, совпадающие с моментами, когда молния, как бы спотыкаясь, изменяет свою траекторию. Недавние исследования показали, что молния служит довольно мощным источником рентгеновского излучения, интенсивность которого может составлять до 250 000 электронвольт, что примерно в два раза превышает ту, которую используют при рентгене грудной клетки.
Как вызвать разряд молнии? Изучать то, что произойдет непонятно где и когда, очень сложно. А именно так в течение долгих лет работали ученые, исследующие природу молний. Считается, что грозой на небе руководит Илья-пророк и нам не дано знать его планы. Однако ученые очень давно пытались заменить Илью-пророка, создавая проводящий канал между грозовой тучей и землей. Б. Франклин для этого во время грозы запускал воздушный змей, оканчивающийся проволокой и связкой металлических ключей. Этим он вызывал слабые разряды, стекающие вниз по проволоке, и первым доказал, что молния - это отрицательный электрический разряд, стекающий с облаков на землю. Опыты Франклина были чрезвычайно опасными, и один из тех, кто их пытался повторить, - российский академик Г. В. Рихман - в 1753 году погиб от удара молнии.
В 1990-х годах исследователи научились вызывать молнии, не подвергая опасности свою жизнь. Один из способов вызвать молнию - запустить с земли небольшую ракету прямо в грозовую тучу. Вдоль всей траектории ракета ионизирует воздух и создает таким образом проводящий канал между тучей и землей. И если отрицательный заряд низа тучи достаточно велик, то вдоль созданного канала происходит разряд молнии, все параметры которого регистрируют приборы, расположенные рядом со стартовой площадкой ракеты. Чтобы создать еще лучшие условия для разряда молнии, к ракете присоединяют металлический провод, соединяющий ее с землей.
Молния: подарившая жизнь и двигатель эволюции . В 1953 году биохимики С. Миллер (Stanley Miller) и Г. Юри (Harold Urey) показали, что одни из "кирпичиков" жизни - аминокислоты могут быть получены путем пропускания электрического разряда через воду, в которой растворены газы "первобытной" атмосферы Земли (метан, аммиак и водород). Спустя 50 лет другие исследователи повторили эти опыты и получили те же результаты. Таким образом, научная теория зарождения жизни на Земле отводит удару молнии основополагающую роль.
При пропускании коротких импульсов тока через бактерии в их оболочке (мембране) появляются поры, через которые внутрь могут проходить фрагменты ДНК других бактерий, запуская один из механизмов эволюции.
Почему зимой грозы очень редки? Ф. И. Тютчев, написав "Люблю грозу в начале мая, когда весенний первый гром…", знал, что зимой гроз почти не бывает. Чтобы образовалось грозовое облако, необходимы восходящие потоки влажного воздуха. Концентрация насыщенных паров растет с повышением температуры и максимальна летом. Разница температур, от которой зависят восходящие потоки воздуха, тем больше, чем выше его температура у поверхности земли, так как на высоте нескольких километров его температура не зависит от времени года. Значит, интенсивность восходящих потоков максимальна тоже летом. Поэтому и грозы у нас чаще всего летом, а на севере, где и летом холодно, грозы довольно редки.
Почему грозы чаще над сушей, чем над морем? Чтобы облако разрядилось, в воздухе под ним должно быть достаточное число ионов. Воздух, состоящий только из молекул азота и кислорода, не содержит ионов, и его очень тяжело ионизировать даже в электрическом поле. А вот если в воздухе много инородных частиц, например пыли, то и ионов тоже много. Ионы образуются при движении частиц в воздухе аналогично тому, как электризуются при трении друг о друга различные материалы. Очевидно, что пыли в воздухе гораздо больше над сушей, чем над океанами. Поэтому-то грозы и гремят над сушей чаще. Замечено также, что прежде всего молнии бьют по тем местам, где в воздухе особенно велика концентрация аэрозолей - дымов и выбросов предприятий нефтеперерабатывающей промышленности.
Как Франклин отклонил молнию. К счастью, большинство разрядов молнии происходят между облаками и поэтому угрозы не представляют. Однако считается, что каждый год молнии убивают более тысячи людей по всему миру. По крайней мере, в США, где ведется такая статистика, каждый год от удара молнии страдают около 1000 человек и более ста из них погибают. Ученые давно пытались защитить людей от этой "кары божьей". Например, изобретатель первого электрического конденсатора (лейденской банки) Питер ван Мушенбрук (1692-1761) в статье об электричестве, написанной для знаменитой французской Энциклопедии, защищал традиционные способы предотвращения молнии - колокольный звон и стрельбу из пушек, которые, как он считал, оказываются довольно эффективными.
Бенджамин Франклин, пытаясь защитить Капитолий столицы штата Мериленд, в 1775 году прикрепил к зданию толстый железный стержень, который возвышался над куполом на несколько метров и был соединен с землей. Ученый отказался патентовать свое изобретение, желая, чтобы оно как можно скорее начало служить людям.
Весть о громоотводе Франклина быстро разнеслась по Европе, и его выбрали во все академии, включая и Российскую. Однако в некоторых странах набожное население встретило это изобретение с возмущением. Сама мысль, что человек так легко и просто может укротить главное оружие "божьего гнева", казалась кощунственной. Поэтому в разных местах люди из благочестивых соображений ломали громоотводы. Любопытный случай произошел в 1780 году в небольшом городке Сент-Омер на севере Франции, где горожане потребовали снести железную мачту громоотвода, и дело дошло до судебного разбирательства. Молодой адвокат, защищавший громоотвод от нападок мракобесов, построил защиту на том, что и разум человека, и его способность покорять силы природы имеют божественное происхождение. Все, что помогает спасти жизнь, во благо - доказывал молодой адвокат. Он выиграл процесс и снискал большую известность. Адвоката звали Максимилиан Робеспьер. Ну а сейчас портрет изобретателя громоотвода - самая желанная репродукция в мире, ведь она украшает известную всем стодолларовую купюру.
Как можно защититься от молнии с помощью водяной струи и лазера . Недавно был предложен принципиально новый способ борьбы с молниями. Громоотвод создадут из... струи жидкости, которой будут стрелять с земли непосредственно в грозовые облака. Громоотводная жидкость представляет собой солевой раствор, в который добавлены жидкие полимеры: соль предназначена для увеличения электропроводности, а полимер препятствует "распаду" струи на отдельные капельки. Диаметр струи составит около сантиметра, а максимальная высота - 300 метров. Когда жидкий громоотвод доработают, им оснастят спортивные и детские площадки, где фонтан включится автоматически, когда напряженность электрического поля станет достаточно высокой, а вероятность удара молнии - максимальной. По струе жидкости с грозового облака будет стекать заряд, делая молнию безопасной для окружающих. Аналогичную защиту от разряда молнии можно сделать и с помощью лазера, луч которого, ионизируя воздух, создаст канал для электрического разряда вдали от скопления людей.
Может ли молния сбить нас с пути? Да, если вы пользуетесь компасом. В известном романе Г. Мелвила "Моби Дик" описан именно такой случай, когда разряд молнии, создавший сильное магнитное поле, перемагнитил стрелку компаса. Однако капитан судна взял швейную иглу, ударил по ней, чтобы намагнитить, и поставил ее вместо испорченной стрелки компаса.
Может ли вас поразить молния внутри дома или самолета? К сожалению, да! Ток грозового разряда может войти в дом по телефонному проводу от рядом стоящего столба. Поэтому при грозе старайтесь не пользоваться обычным телефоном. Считается, что говорить по радиотелефону или по мобильному безопасней. Не следует во время грозы касаться труб центрального отопления и водопровода, которые соединяют дом с землей. Из этих же соображений специалисты советуют при грозе выключать все электрические приборы, в том числе компьютеры и телевизоры.
Что касается самолетов, то, вообще говоря, они стараются облетать районы с грозовой активностью. И все-таки в среднем раз в год в один из самолетов попадает молния. Ее ток поразить пассажиров не может, он стекает по внешней поверхности самолета, но способен вывести из строя радиосвязь, навигационное оборудование и электронику.
Фульгурит - окаменевшая молния. При разряде молнии выделяется 10 9 -10 10 джоулей энергии. Большая ее часть тратится на создание ударной волны (гром), нагрев воздуха, световую вспышку и другие электромагнитные волны, и только маленькая часть выделяется в том месте, где молния входит в землю. Однако и этой "маленькой" части вполне достаточно, чтобы вызвать пожар, убить человека и разрушить здание. Молния может разогреть канал, по которому она движется, до 30 000° С, в пять раз выше температуры на поверхности Солнца. Температура внутри молнии гораздо больше температуры плавления песка (1600-2000°C), но расплавится песок или нет, зависит еще и от длительности молнии, которая может составлять от десятков микросекунд до десятых долей секунды. Амплитуда импульса тока молнии обычно равна нескольким десяткам килоампер, но иногда может превышать и 100 кА. Самые мощные молнии и вызывают рождение фульгуритов - полых цилиндров из оплавленного песка.
Слово "фульгурит" происходит от латинского fulgur, что означает молния. Самые длинные из раскопанных фульгуритов уходили под землю на глубину более пяти метров. Фульгуритами также называют оплавленности твердых горных пород, образованные ударом молнии; они иногда в большом количестве встречаются на скалистых вершинах гор. Фульгуриты, состоящие из переплавленного кремнезема, обыкновенно представляют собой конусообразные трубочки толщиной с карандаш или с палец. Их внутренняя поверхность гладкая и оплавленная, а наружная образована приставшими к оплавленной массе песчинками. Цвет фульгуритов зависит от примесей минералов в песчаной почве. Большинство из них имеют рыжевато-коричневый, серый или черный цвет, однако встречаются зеленоватые, белые или даже полупрозрачные фульгуриты.
По-видимому, первое описание фульгуритов и их связи с ударами молнии было сделано в 1706 году пастором Д. Германом (David Hermann). Впоследствии многие находили фульгуриты вблизи людей, пораженных разрядом молнии. Чарльз Дарвин во время кругосветного путешествия на корабле "Бигль", обнаружил на песчаном берегу вблизи Мальдонадо (Уругвай) несколько стеклянных трубочек, уходящих в песок вертикально вниз более чем на метр. Он описал их размеры и связал их образование с разрядами молний. Известный американский физик Роберт Вуд получил "автограф" молнии, которая чуть не убила его:
"Прошла сильная гроза, и небо над нами уже прояснилось. Я пошел через поле, которое отделяет наш дом от дома моей свояченицы. Я прошел ярдов десять по тропинке, как вдруг меня позвала моя дочь Маргарет. Я остановился секунд на десять и едва лишь двинулся дальше, как вдруг небо прорезала яркая голубая линия, с грохотом двенадцатидюймового орудия ударив в тропинку в двадцати шагах передо мной и подняв огромный столб пара. Я пошел дальше, чтобы посмотреть, какой след оставила молния. В том месте, где ударила молния, было пятно обожженного клевера дюймов в пять диаметром, с дырой посередине в полдюйма…. Я возвратился в лабораторию, расплавил восемь фунтов олова и залил в отверстие… То, что я выкопал, когда олово затвердело, было похоже на огромный, слегка изогнутый собачий арапник, тяжелый, как и полагается, в рукоятке и постепенно сходящийся к концу. Он был немного длиннее трех футов" (цитируется по В. Сибрук. Роберт Вуд. - М.: Наука, 1985, с. 285).
Появление стеклянной трубочки в песке при разряде молнии связано с тем, что между песчинками всегда находятся воздух и влага. Электрический ток молнии за доли секунд раскаляет воздух и водяные пары до огромных температур, вызывая взрывообразный рост давления воздуха между песчинками и его расширение, что слышал и видел Вуд, чудом не ставший жертвой молнии. Расширяющийся воздух образует цилиндрическую полость внутри расплавленного песка. Последующее быстрое охлаждение фиксирует фульгурит - стеклянную трубочку в песке.
Часто аккуратно выкопанный из песка фульгурит по форме напоминает корень дерева или ветвь с многочисленными отростками. Такие ветвистые фульгуриты образуются, когда разряд молнии попадает во влажный песок, который, как известно, имеет бo"льшую электропроводность, чем сухой. В этих случаях ток молнии, входя в почву, сразу начинает растекаться в стороны, образуя структуру, похожую на корень дерева, а рождающийся при этом фульгурит лишь повторяет эту форму. Фульгурит очень хрупок, и попытки очистить от прилипшего песка нередко приводят к его разрушению. Особенно это относится к ветвистым фульгуритам, образовавшимся во влажном песке.
Особого смысла в этом нет - разомкнутый выключатель для молнии, дотянувшейся из облаков, не препятствие. Да и повреждение силовой электросети в доме с молниеотводом случается довольно редко. Бывает, что молния ударяет в подводящие провода, иногда это приводит к авариям; для защиты электросетей используются искровые разрядники и другое защитное оборудование.
Повреждение сложной электронной техники - компьютеров, телевизоров - случается несколько чаще, причем электромагнитный импульс от молнии может повредить чувствительные компоненты на расстоянии до нескольких километров. Однако и такие случаи довольно редки.
2. Притягивают ли радиоволны молнию?
От обычной техники вроде - нет. Иначе ее «притягивал» бы и обычный свет, который тоже представляет собой электромагнитную волну. При очень большой интенсивности электромагнитной волны (или света) пробой воздуха произойти может - но такие напряженности поля крайне редки. Это может произойти, например, в фокусе мощного лазера или очень мощного радиолокатора.
3. Полностью ли защищен дом с громоотводом?
Правильно говорить - молниеотвод. Бывает, что молния ударяет не в сам молниеотвод, а рядом - но, в целом, правильно смонтированный молниеотвод (или молниеприемный трос) снижает вероятность удара молнии в защищаемый объект многократно.
4. Может ли молния ударить в телефон или ?
Может - если телефон или наушники находятся достаточно высоко, например, наушники одеты на голову. Но надо понимать, что сам удар происходит не из-за них, а потому, например, что человек в наушниках стоял в грозу на открытом месте. Если бы наушников на нем не было, молния бы все равно ударила.
5. Стоит ли опасаться молнии, если вы дома?
Повторюсь - если дом снабжен правильно смонтированным молниеотводом, опасность ничтожна. Однако в дом без молниеотвода молния ударить может - и в таком случае возможен пожар.
6. Действительно ли молния с большей вероятностью ударит в движущийся объект?
Никакой статистики на эту тему нет - но с точки зрения физики все скорости движения людей, лошадей, автомобилей и даже самолетов несоизмеримо медленны по сравнению со скоростью распространения разряда молнии. Никакого влияния они оказать не могут - «с точки зрения молнии» они все неподвижны.
7. Чем опасна шаровая молния?
О шаровой молнии что-либо сказать очень трудно - она практически не изучена, некоторые даже сомневаются в самом существовании такого явления. Но было зафиксировано несколько случаев получения от нее ожогов. Считается например, что от взрыва небольшой шаровой молнии в 1753 году погиб Георг Рихман, член Санкт-Петербургской академии наук, пытавшийся изучать разряды молний.
- Самая высокая частота молний наблюдается в Венесуэле вблизи места впадения реки Кататумбо в озеро Маракайбо. Количество грозовых дней здесь меняется в пределах от ~70 до ~200 в году, а количество молний составляет в среднем 250 на квадратный километр в год. Частота разрядов достигает 28 молний в минуту. Вспышки молний видны в море с расстояния до ~400 км, что позволяло использовать их для навигации. Это явление получило название «Маяк Маракайбо».
- Во время грозы иногда возникает явление, получившее название шаровой молнии. Из-за редкости изучить его не удается. Ее природа до сих пор не установлена, хотя существует несколько гипотез. Похожие на шаровую молнию объекты получали несколькими разными способами в лабораториях, но все они были очень кратковременны.
- Существует такое направление, как грозовая энергетика. Так, компания Alternative Energy Holdings пытается разрабатывать специальные «молниевые фермы», на которых энергия молний должна будет запасаться в больших высоковольтных конденсаторах. Такая энергия будет очень дешева и экологически чиста, но собирать ее можно будет только во время грозы.
В грозовую погоду находится в машине безопасней, чем на улице. Кузов авто имеет экранирующий эффект, который защитит, находящихся в салоне людей. Если подвести внешнее заряженное поле к клетке (в данном случае к кузову), оно полностью нейтрализуется ней и внутрь клетки не заходит. Это знакомо любому физику-первокурснику, но не рядовому читателю.
Соблюдайте несколько простых правил, которые спасут жизнь, если вы попадете в грозу:
- Найдите безопасное место для машины. Не возвышенность и не низина, желательно не открытая местность. Проверьте, чтобы рядом не было легких и воспламеняющихся предметов.
- Остановитесь. Затворите окна.
- Снимите радиоантенну.
- Оставайтесь в машине до окончания грозы.
Если молния все-таки ударила
Сохраняйте спокойствие, не делайте резких маневров. Снизьте скорость и удерживайте маленькие показания спидометра, пока не убедитесь, что колеса целы. После окончания грозы осмотрите автомобиль и сообщите в страховую компанию о наступившем случае: обязательно снимите на телефон повреждения. Если покрышки разорвало и есть возможность поменять колесо, сделайте это по инструкции. Она расположена
Главнейшей задачей при строительстве жилых помещений является неукоснительное выполнение всех противопожарных мероприятий. Очень часто застройщики пытаются построить дом с наименьшими затратами. Они осуществляют строительство без соответствующей проектной документации, привлекают неквалифицированную рабочую силу. В строительстве применяются материалы и оборудование случайных производителей. В результате, очень часто возникают пожары. Согласно статистике, каждый третий пожар произошел из-за плохой электропроводки , а каждый пятый – от удара молнией.
К сожалению, на вновь возведенных коттеджах, нет защиты от поражений молнией. В последние годы стало нормой следить за выполнением требований по оборудованию жилых зданий электроустановками, а вот требований по обязательной установке молниезащиты до сих пор нет, из-за не доработанной нормативной документации. И конечно начиная монтаж забора из сетки-рабицы стоит внимательно изучить планировку самого дома. И только тогда устанавливать к нему проводку.
Важность установки молниезащиты на индивидуальных жилых домах понимают в основном люди, которые пострадали от этой стихии. Во время создания проекта будущего дома,
необходимо сразу же решать вопросы молниезащиты. Только тогда все мероприятия по защите от молний дадут максимальный эффект при минимальной стоимости.
Обычно, о молниезащите начинают вспоминать, тогда когда дом уже имеет своих хозяев. В этом случае создать эффективную молниезащиту простым и надежным способом
довольно сложно. Приходится сооружать отдельно стоящий молниеотвод, представляющий собой мачту высотой 30 м. Другим путем будет совмещенная молниезащита дома,
которая может нарушить герметизацию кровли и ухудшить эксплуатационные показатели. Может произойти ухудшение внешнего вида дома и его надежной защиты.
Надо сказать, что удар молнии в современный коттедж, происходит очень редко. Но все-таки это возможно. В Московской области оно может произойти один раз в столетие.
Однако коттеджи строятся на десятилетия, и возможно, что поражение случится гораздо быстрее. Оно может произойти непосредственно сразу после ввода в эксплуатацию,
особенно в тех районах, где наблюдается наличие геопатогенных зон, в которых молнии сверкают очень часто.
Как защититься от попадания молнии?
Рассмотрим подробнее угрозы попадания молнии в сеть и средства защиты от них.
Молния
- атмосферное явление, мощный разряд разности потенциалов между наэлектризованными верхними слоями
грозовых облаков и землей через ионизированные тоннели,
которые создаются благодаря атмосферным осадкам (дождь, туман).
Откуда берутся ионы
и почему нет молний зимой (хотя это не совсем верно, иногда приходилось видеть вспышки и зимой)?
Вода - природный растворитель, растворяя, оксиды серы, азота и углерода, которые летают в атмосфере
(SOx, NOx, COx соответственно), образует ионы кислой среды
.
Самая распространенная реакция H2O + CO2 = H2CO3.
Простой пример: с неба падает "газированная" вода, она и проводит ток.
Снег же - кристаллический и не растворяет углекислоту, поэтому и не может эффективно проводить ток
.
Молния идет в два этапа
: пробой тоннеля и окончательный разряд (разница во времени - миллисекунды).
Бытует мнение, что молния бьет в самую высокую точку. На самом деле не в высшую, а в ближайшую,
во-вторых, обратите внимание - тоннель имеет причудливые формы - это атмосферное явление.
Кто знает, как проходит этот "кратчайший" для разряда путь. Были случаи, когда молния влетала в комнату через приоткрытую форточку (видимо, дождь засекал на батарею или электроприбор).
На резервуарах для хранения нефтепродуктов громоотводы расположены по всему периметру, учитывая их большие габариты.
Другая распространенная ошибка - молния предпочитает металлические предметы (они как бы притягивают ее).
Эксперименты, которые проводились на опытной установке, когда ставили рядом деревянную и металлическую палки, показали, что молния бьет с одинаковой вероятностью
как в деревянную, так и в металлическую. Отсюда же ложное представление, что металлочерепица "притягивает" молнии
.
Мы бы сказали, что скорее спасает от молний.
Во первых - металлочерепица служит экраном от импульса (экспериментально на этой же установке доказано, что когда молния ударит в корпус автомобиля, то все,
кто внутри, уцелеют, ведь металлический корпус автомобиля будет служить надежным защитным экраном).
Во вторых, металлочерепица рассеивает разряд по большей площади и через систему водостоков отводит его на землю.
Даже если желоба пластиковые - разряд идет по сточной воде внутри желоба, хуже, когда он идет по мокрой стене.
А еще хуже (и это, в принципе, скорее), когда молния ударит в трубу котла - это может привести к его взрыву (есть подтверждения реальных фактов такого сценария).
Еще один миф - когда молния коснулась земли, она уже "вошла" в землю и не представляет опасности.
Во-первых, молния создает электромагнитный разряд, который ловит все длинные проводники (в том числе неэкранированные телефонные и сетевые кабели,
а мощность импульса обратно пропорциональна квадрату расстояния до разряда).
Во-вторых, по земле этот разряд может распространяться до 50 метров.
По этой же причине, когда молния ударяет в дерево - она может поразить того, кто под ним стоит.
Кроме того, корневые системы деревьев могут проводить молнию по земле и на длинные расстояния, 50 метров (особенно касается хвойных смолистых деревьев).
Если говорить о конкретных породах деревьев, то больше всего молния любит ударять в дуб, меньше в бук.
Если вы не живете во многоэтажном доме, а рядом нет более высоких объектов, к молниезащите следует отнестись серьезно
,
его должна выполнять организация со специальной лицензией на установку грозозащиты.
Базовым элементом защиты внутри дома является искроразрядник
, который ставят не только на электросеть, но и на компьютерную, телефонную
и телевизионно-кабельную сети.
Кстати, большинство стабилизаторов напряжения не имеет функции молниезащиты. Спасти от молнии смогут лишь единицы стабилизаторов
, например,
«МК» узнал, как уберечься от удара молнии
Страну второй месяц накрывают ливни с грозами. Молнии находят все новые и новые жертвы. Только прошло сообщение, как гроза в Ногинском районе сожгла ткацкую фабрику, как стало известно, что в Воронежской области молния убила женщину, когда та загоняла коз в сарай. В Кунгуре грозовой разряд лишил жизни трех женщин, отбывающих наказание в исправительной колонии №18. Следом молния безжалостно расправилась с мужчинами в Истринском районе и Тульской области.
У кого больше шансов «поймать молнию»? Способен ли грозовой разряд даже при частоколе молниеотводов проложить обходной путь в земле и прорваться к объекту снизу? Что стоит за выражением «змеи огненные»? Не опасно ли в грозу находиться в самолете или автомобиле? Можно ли при разгуле стихии пользоваться мобильным телефоном?
За разъяснениями мы обратились к доктору технических наук, эксперту по грозовым разрядам, руководителю лаборатории моделирования электрофизических процессов Энергетического института имени Кржижановского профессору Эдуарду БАЗЕЛЯНУ.
Где гнездятся молнии?
- Какова природа молний, как они возникают?
Представьте, что вы сидите зимой в комнате и расчесываете себе волосы. Потом подносите к расческе пальчик - возникает искорка. Во время трения расчески о волосы возникают электрические заряды, которые собираются на кончике расчески и дают сильное электрическое поле, а когда вы подносите палец к зубьям расчески, вспыхивает искра длиной миллиметра два–три.
Молния - такая же электрическая искра, только колоссальных масштабов. И здесь трется не расческа о волосы или шерсть, а много снежинок и дождевых капель, которые специалисты называют «гидрометеоры». Снежинки во время трения заряжаются и собираются в облаках в заряженные ячейки радиусом до километра. Эти заряженные ячейки могут быть такими большими, что напряжение исчисляется многими миллионами вольт. Но сколько бы там электричества ни собиралось, чтобы возникла молния, надо иметь какое–то «запальное устройство» - плазменный элемент, от которого стартует разряд. Как он создается - при помощи космических лучей или случайно организованных вихрем «гидрометеоров», - об этом ученые спорят и по сей день.
Молнии возникают нечасто. В России на квадратный километр земли попадает в год в среднем три–четыре удара молнии.
- Какова температура молнии? С чем ее можно сравнить?
Температура на поверхности Солнца 6 тысяч градусов, в дуге сварочного аппарата столько же, а в канале молнии - 30 тысяч градусов, в 5 раз больше! Но, несмотря на высоченную температуру, молния не так часто что–нибудь поджигает. Помните, как у Твардовского в «Теркине на том свете»: «Это вроде как бывает, помощь скорая идет, сама режет, сама давит, сама помощь подает». Молния сама зажигает, а потом сильной ударной волной (вспомните о громе!) сама же и сдувает продукты горения.
Пожар от молнии может возникнуть в лесу, на предприятии по добыче нефти или газа. Но представить, что в Москве от молнии загорелся дом, - это что–то невероятное.
- Какая при грозовом электрическом разряде выделяется энергия?
Если бы кто–то сумел собрать всю энергию, которая выделяется в канале молнии, и запихнул ее в банку, то ее могло бы хватить для московской квартиры на месяц жизни. То есть энергии выделяется не очень много. И эта энергия рассеивается от облака до земли. Собрать ее невозможно, эта энергия тратится впустую.
В 40–е годы вышел фантастический роман, где герои собрали энергию молнии. Ученые от души повеселились над затеей автора.
На этот вопрос любой человек может ответить сам. Видите вспышку молнии, начинайте считать секунды: одна, две, три… Прошло 10 секунд - загремел гром; звуковая волна за секунду пролетает примерно 300 метров, за 10 секунд пролетит 3 километра. За три километра отчетливо слышен гром.
- Могут ли молнии «испытывать привязанность» к определенному месту?
Замечательный вопрос. До сих пор специалисты спорят, есть или нет гнездовья молний. Это такие места на земле, куда частенько ударяет молния. Гипотеза, что они есть, достаточно обоснована. Представьте ровную поверхность, от которой внутрь земли уходит скальная порода. Она, как известно, электрического тока не проводит, но внутри скал течет водный поток, который прекрасно проводит электричество. Этакая вытянутая вверх речка. Ее–то и может «почувствовать» молния. Поэтому есть много сторонников, которые считают, что гнездовья молний реально существуют. Но убедительных экспериментов, которые бы это доказывали, пока нет.
«Молния иногда «дурит»
Насколько верно утверждение, что молния - «стрела богов» с ярким плазменным следом - выбирает путь наименьшего сопротивления и бьет в ближайшую на его пути точку?
Так совершенно точно думали первые изобретатели молниеотводов. Первый молниеотвод в 1752 году изобрел Бенджамин Франклин, чей портрет находится на купюре в $100. Действительно, молния в основном идет по кратчайшему расстоянию и бьет в высоко стоящий штырь. Но бывают исключения. Иногда молния «дурит».
В течение многих лет специалисты института проводили на Останкинской телебашне наблюдения за грозовыми разрядами. И не раз регистрировали, как молнии «промахивались» и били в башню на 200 метров ниже вершины или в землю примерно на таком же расстоянии от башни. Представляете, Останкинская башня - высотой в полкилометра, а защищает совсем небольшую территорию в 200-300 метров.
- Сколько в Останкинскую телебашню попадает молний за год?
Молнии в нее ударяют в год примерно раз 30. Но слово «ударяют» здесь плохо подходит. Потому что в 25-27 случаях молния, наоборот, стартует от башни и летит в облако, так сказать, «вверх ногами». Специалисты такие молнии называют восходящими.
- У кого больше шансов «поймать молнию»?
Люди страдают от прямого попадания молнии в редчайших случаях. Помню, по телевизору шел сюжет про китайца: вспышка молнии, гром, он упал, диктор за кадром вещает: «В человека ударила молния». Вдруг он вскакивает, бежит, снова падает, диктор трагическим голосом: «Еще одно попадание молнии»… Не было ни одного достоверного случая, когда бы при прямом ударе молнии в человека он остался бы жив. Все истории по поводу того, что молния ударила в стадион - и десять футболистов попали в больницу, молния ударила в остановку автобуса - и все находящиеся там люди получили удар электрического тока, неверно интерпретируются. Все это вторичные воздействия молнии.
Молния ударяет, например, в дерево, дальше по влажной древесине ток молнии попадает в землю и растекается по ней, как по проводнику. Согласно закону Ома, возникает напряжение, которое действует вдоль поверхности земли. Между ногами человека, стоящего на земле, действует напряжение. И чем ближе он стоит к точке удара, тем сильнее действует это напряжение. А достигать оно может нескольких десятков киловольт. Вот это напряжение и сбивает людей на пляже, на автобусных остановках, на стадионе… Все это действие, как говорят специалисты, напряжения шага, которое действует между ногами человека, стоящего на земле.
Я бы не советовал во время грозы находиться там, где есть что–то возвышающееся. Если вы находитесь в глубине леса, опасаться молнии особо не стоит. Другое дело, если вы вышли на опушку, где с одной стороны начинается поле, а с другой стоят высокие деревья. Вот эти деревья и будут активно притягивать на себя молнии, и вы можете оказаться под действием шагового напряжения.
Действие этого шагового напряжения, что по земле, что по воде, примерно одинаковое. Если на земле рядом с вами ударила молния, вы на секунду можете потерять сознание, упадете, а потом встанете. В воде же от перерыва дыхания вы можете захлебнуться. Конечно, при грозе надо срочно выбираться на берег.
- Почему молния поражает скот чаще, чем людей?
У крупного рогатого скота расстояние между передними и задними ногами достаточно велико, и, соответственно, напряжение шага воздействует на них значительно сильнее.
- Молнии и оголенные провода действуют одинаково?
Да, только на оголенных проводах у вас дома 220 вольт, на улице вы можете попасть под 10 тысяч вольт, при молнии - под миллион.
Это правда, что частокол молниеотводов не смущает молнию? Когда традиционный путь перекрыт, она может прорваться к объекту снизу, прокладывая обходной путь в земле?
Когда молния ударяет в землю, например в дерево, от корней дерева вдоль поверхности земли на самом деле может пойти искровой разряд. Это совершенно точный факт. И такой разряд может распространяться на десятки метров. Помните жаркое лето 2010 года? Под Омском сгорела целая деревня. Корреспондент, приехавшая к погорельцам, спрашивала у бабушек: «А что же вы не тушили, когда пожар только начался?» На что ей старушки отвечали: «Так страшно было! Змеи огненные по земле бегали». Старожилы села не фантазировали. Молния, которая ударяет в дерево, в столб, может продолжить свой путь, скользя по поверхности земли. Это приводит иной раз к серьезным повреждениям оборудования. Например, на электрических подстанциях кабели проложены в земле. Если их пережечь, перестанет работать автоматика.
«Мужчина - лучшая мишень»
- Есть еще те, кто боится дотрагиваться до человека, пораженного или контуженого молнией…
Это, по–моему, знала даже моя бабушка, которая училась в церковноприходской школе. Такого человека трогать можно. Вот только в землю закапывать не надо.
А заблуждения людей понятны. Например, один «специалист» всерьез предлагал взять сухую палку и катить такого человека к первой подвернувшейся воде…
Знайте, никакой опасности такой человек не представляет. И вы ему очень сильно можете помочь. При сильном ударе шагового напряжения у человека может быть перерыв дыхания и даже остановка сердца. Если вы начнете делать ему искусственное дыхание и непрямой массаж сердца, то до приезда «скорой» можете его удержать в живом состоянии, а по большому счету - спасти.
- Может ли молния «украсть» надетый на шею медальон, оставив его обладателю отпечаток на теле на долгие годы?
То есть можно ли на теле человека расплавить цепочку с медальоном или крестиком? Сказать категорическое «нет» я вам в этом случае не могу. И вот почему. Если есть близкий удар молнии, то в цепочке, как и в любом замкнутом проводящем контуре, магнитное поле молнии может навести электродвижущую силу (ЭДС) магнитной индукции. Был такой английский физик-экспериментатор Майкл Фарадей, который открыл это явление. Тот электрический мир, в котором мы живем, это следствие его открытия. В контуре из цепочки вполне может быть наведено напряжение несколько киловольт. И возникший индукционный ток тоненькую цепочку расплавить может.
Попадая в какой-либо предмет, молния «кустится», оставляя характерные следы. Ученые называют их «фигурами Лихтенберга». Иногда они возникают и на коже человека: выглядят, словно деревья или птичьи перья…
Такие характерные следы может оставлять не только молния. Если человек попал под высокое напряжение, электрический заряд прожигает такие следы на коже.
Удивительно, но молнии «предпочитают» почему-то мужчин. По сведениям страховых компаний, 82% из всех пострадавших - представители сильного пола.
Может, потому, что мужчины чаще, чем женщины, находятся вне дома. Косят в грозу траву, собирают грибы, стоят с удочкой у реки, играют на поляне в футбол…
«Ничего опасного мобильник не притягивает»
- Находясь дома, нужно ли в грозу выключать электроприборы и газ?
Газовая плита в грозу совершенно безопасна. А вот с электроприборами ситуация такая: если вы в Москве, то шансов мало, что у вас что–то пострадает из-за удара молнии. Электрические коммуникации в столице все кабельные, подземные, они хорошо защищены от ударов молнии. Другое дело, если вы живете в загородном доме или на даче, и к вам подходит воздушная линия электропередач. В этом случае телевизор и другие электроприборы в грозу желательно выключить из розетки.
Молния может на расстоянии метров 200-300 электромагнитным полем воздействовать так, что у вас сгорит или антенный усилитель, или сам телевизор. И это случается довольно часто.
Я как раз живу в таком доме около Москвы. Три года назад на нашей улице ударила молния. Я потом прошелся по домам, интересуясь, сколько у кого электроприборов сгорело. Меньше двух не сгорело ни у кого. В том числе и у меня. Сапожник остался без сапог…
- Безопасно ли в грозу мыть посуду, принимать душ? Прикасаться к телефону?
Можно и посуду мыть, и душ принимать, потому что все эти коммуникации в домах хорошо заземлены. В селе связь еще проводная, телефонные провода проходят по улице, натянуты между столбами, поэтому к телефону лучше не прикасаться. Электромагнитная наводка на телефонную сеть может быть опасна и для человека.
- Находясь на даче, можно разводить в грозу огонь в печи?
Моя бабушка в грозу не топила русскую печь. Какая–то вероятность, что молния пройдет по столбу нагретого газа, есть, но она крайне незначительна. Поэтому гасить на даче печку в грозу я бы не стал.
- Не опасно ли находиться в самолете во время грозы?
Самолеты сегодня конструируют таким образом, чтобы они выдерживали удар молнии с самым большим током. Никакой авиалайнер не получит международный сертификат, если он не будет испытан на воздействие тока молнии. Испытывают его током 200 тысяч ампер. Такой силы ток бывает, наверное, у одной молнии из десяти тысяч. После такого удара током все приборы самолета должны работать исправно, только тогда он допускается к полетам.
Есть еще одно обстоятельство: пилот может лишиться летных прав, если самолет попадет в грозовое облако. Согласно инструкции, летчик должен его обойти.
Тем не менее молнии ударяют в самолеты. Один удар приходится примерно на три тысячи часов полета. Этот удар для него безопасен.
- Самолет притягивает молнию?
Самолет не столько притягивает молнию, сколько становится тем самым инициирующим элементом, от которого молния начинается, и уходит с одной стороны в облако, с другой - тянется к земле или к грозовой ячейке с зарядом противоположного знака.
- Молния может вывести из строя приборы самолета?
Такое иногда бывает. Тем не менее, если проанализировать авиакатастрофы, там, наверное, и одного процента не наберется, что была виновата молния.
- Опасен ли в грозу мобильный телефон? Через сотовый в руках можно получить звуковой удар?
Категорически нет! Один раз я слышал по телевизору, что мобильник в грозу нужно отложить от себя на расстояние десять метров. Наверное, чтобы его украли. Ничего с сотовым телефоном делать не надо, никаких молний он не притягивает. И звукового удара вы не получите. Также можете бренчать целой связкой ключей, набить карманы килограммовыми железками. На путь молнии это не повлияет никак.
- Можно переждать грозу в машине или автобусе?
Не выбирайтесь наружу: внутри машины или автобуса более безопасно. Их металлическая оболочка создает защитный экран, называемый учеными «клеткой Фарадея». Внутрь ее молния не проникает, а «стекает» в землю.
А вот прижиматься к наружной стороне здания, спасаясь от дождя под козырьком крыши, я бы не советовал. Фундамент дома очень часто используется в качестве естественного заземлителя. При прямом ударе молнии через него растекается большой ток, создавая наиболее опасные шаговые напряжения как раз поблизости от фундамента. Лучше откройте дверь и войдите в подъезд.
