Što je munja i kako nastaje?

Podrijetlo grmljavinskih oblaka

Magla koja se diže visoko iznad tla sastoji se od čestica vode i tvori oblake. Veći i teži oblaci nazivaju se kumulusi. Neki su oblaci jednostavni — ne uzrokuju munje ili grmljavinu. Drugi se nazivaju grmljavinske oluje jer stvaraju grmljavinsko nevrijeme, stvaraju munje i grmljavinu. Grmljavinski se oblaci razlikuju od običnih kišnih oblaka po tome što su nabijeni elektricitetom: neki su pozitivni, neki negativni.

Kako nastaju grmljavinski oblaci? Svi znaju koliko je jak vjetar za vrijeme grmljavinske oluje. Ali još jači zračni vrtlozi stvaraju se više iznad tla, gdje šume i planine ne ometaju kretanje zraka. Ovaj vjetar stvara uglavnom pozitivan i negativan elektricitet u oblacima.

U središtu svake kapi postoji pozitivan elektricitet, a jednaka količina negativnog elektriciteta nalazi se duž površine kapi. Kišne kapi koje padaju bivaju zahvaćene vjetrom i padaju u zračne struje. Vjetar, snažno udarajući kap, razbija je na komade.U tom slučaju, odvojene vanjske čestice kapljice postaju nabijene negativnim elektricitetom.

Preostali veći i teži dio kapljice nabijen je pozitivnim elektricitetom. Dio oblaka u kojem se nakupljaju teške kapljice nabijen je pozitivnim elektricitetom. Kiša koja pada iz oblaka predaje dio elektriciteta oblaka tlu i tako se stvara električno privlačenje između oblaka i tla.

Na sl. Slika 1 prikazuje raspodjelu elektriciteta u oblaku i na površini zemlje. Ako je oblak nabijen negativnim elektricitetom, tada će se, nastojeći ga privući, pozitivni elektricitet zemlje rasporediti po površini svih povišenih objekata koji provode električnu struju. Što viši objekt stoji na tlu, to je manja udaljenost između vrha i dna oblaka i manji je sloj zraka koji ovdje ostaje, emitirajući suprotni elektricitet. Očito je da munja na takvim mjestima lakše prodire u tlo. O tome ćemo vam više reći kasnije.

Riža. 1. Distribucija električne energije u grmljavinskom oblaku i objektima na zemlji

Što uzrokuje munje?

Približavajući se visokom stablu ili kući, grmljavinski oblak nabijen elektricitetom djeluje na njega. Na sl. 1 oblak nabijen negativnim elektricitetom privlači pozitivan elektricitet na krov, a negativni elektricitet kuće će otići u zemlju.

Oba elektriciteta - u oblaku i na krovu kuće - teže međusobnom privlačenju. Ako ima puno elektriciteta u oblaku, onda se puno elektriciteta stvara na kući kroz utjecaj.

Baš kao što nadolazeća voda može porušiti branu i jurnuti u bujicu, poplavivši dolinu u svom neograničenom kretanju, tako i električna energija, koja se sve više nakuplja u oblaku, može na kraju probiti sloj zraka koji ga odvaja od površine zemlje i pojuriti dolje na zemlju, na suprotni elektricitet. Doći će do jakog pražnjenja — električna iskra će kliziti između oblaka i kuće.

Ovo je munja koja udara u kuću. Pražnjenje munje može se dogoditi ne samo između oblaka i tla, već i između dva oblaka nabijena različitim vrstama elektriciteta.

Što je vjetar jači, oblak se brže puni elektricitetom. Vjetar troši određenu količinu rada, koji odlazi na odvajanje pozitivnog i negativnog elektriciteta.

Kako se razvija munja?

Najčešće, munja koja udara u tlo dolazi iz oblaka nabijenih negativnim elektricitetom. Munja koja udara iz takvog oblaka razvija se na ovaj način.

Prvo, male količine elektrona počinju teći iz oblaka prema tlu, u uskom kanalu, tvoreći neku vrstu struje u zraku.

Na sl. 2 prikazuje ovaj početak stvaranja munje. U dijelu oblaka gdje se kanal počinje formirati nakupili su se elektroni koji imaju veliku brzinu kretanja, zbog čega ih oni, sudarajući se s atomima zraka, razbijaju na jezgre i elektrone.

Riža. 2. Munje se počinju stvarati u oblaku

Elektroni oslobođeni u ovom slučaju također žure prema zemlji i, ponovno se sudarajući s atomima zraka, razdvajaju ih.To je kao padanje snijega u planinama, kada se isprva mala grudica, kotrljajući se prema dolje, prekrije pahuljama zalijepljenim za nju i, ubrzavši svoj let, postane velika lavina.

I ovdje elektronska lavina zahvaća nove količine zraka, cijepajući njegove atome na komade. U tom se slučaju zrak zagrijava, a s porastom temperature povećava se njegova vodljivost. Iz izolatora se pretvara u vodič. Kroz nastali vodljivi kanal zraka iz oblaka počinje sve više otjecati električna energija. Elektricitet se zemlji približava ogromnom brzinom, dosežući 100 kilometara u sekundi.

U stotinkama sekunde lavina elektrona stiže do tla. Time završava samo prvi, da tako kažemo, "pripremni" dio munje: munja se probila do zemlje. Drugi, veliki dio razvoja Lightninga tek dolazi. Razmatrani dio formacije munje naziva se vodič. Ova strana riječ na ruskom znači "vođa". Vodič je napravio put za drugi, snažniji dio munje; ovaj dio se zove glavni dio. Čim kanal dođe do tla, elektricitet počinje teći njime mnogo silovitije i brže.

Sada postoji veza između negativnog elektriciteta nakupljenog u kanalu i pozitivnog elektriciteta koji je pao na tlo s kapima kiše, te električnim djelovanjem dolazi do pražnjenja elektriciteta između oblaka i tla. Takvo pražnjenje je električna struja goleme jakosti — ta je jakost puno veća od jakosti struje u konvencionalnoj električnoj mreži.

Struja koja teče u kanalu raste vrlo brzo, a nakon postizanja maksimalne snage počinje se postupno smanjivati.Kanal munje kroz koji teče tako jaka struja jako se zagrijava i stoga jako svijetli. Ali vrijeme prolaska struje u munjevitom pražnjenju je vrlo kratko. Pražnjenje traje vrlo male djeliće sekunde i stoga je električna energija proizvedena tijekom pražnjenja relativno mala.

Na sl. 3 prikazuje postupno kretanje gromobrana prema zemlji (prva tri broja lijevo).

Riža. 3. Postupni razvoj gromobrana (prve tri slike) i njegovog glavnog dijela (zadnje tri slike).

Posljednje tri slike prikazuju zasebne trenutke nastanka drugog (glavnog) dijela munje. Osoba koja gleda bljesak, naravno, ne bi mogla razlikovati njegovu vodilicu od glavnog dijela, budući da slijede jedan drugog izuzetno brzo, na istom putu.

Nakon spajanja dvije različite vrste električne energije, struja se prekida. Obično munje tu ne prestaju. Često novi vođa odmah juri stazom koju je utrlo prvo bacanje, a iza njega, na istoj stazi, opet je očni dio bacanja. Ovo dovršava drugo pražnjenje.

Može postojati do 50 takvih zasebnih kategorija, od kojih se svaka sastoji od vlastitog voditelja i glavnog tijela. Najčešće ih ima 2-3. Pojava odvojenih pražnjenja čini munju isprekidanom, a često osoba koja gleda u munju vidi da treperi. To je ono što uzrokuje treperenje bljeskalice.

Vrijeme između formiranja odvojenih pražnjenja je vrlo kratko. Ne prelazi stotinke sekunde.Ako je broj pražnjenja vrlo velik, tada trajanje munje može doseći cijelu sekundu ili čak nekoliko sekundi.

Razmotrili smo samo jednu vrstu munje, koja je najčešća.Ova se munja naziva linearnom munjom jer se golim okom čini kao linija - uska, svijetla traka bijele, svijetloplave ili svijetloružičaste boje.

Linijska munja ima duljinu od stotina metara do mnogo kilometara. Put munje je obično cik-cak. Munja često ima mnogo grana. Kao što je već spomenuto, linearna pražnjenja munje mogu se pojaviti ne samo između oblaka i tla, već i između oblaka.

Kuglasta munja

Osim linearnih, mnogo rjeđe postoje i druge vrste munja. Razmotrit ćemo jednu od njih, najzanimljiviju - kuglastu munju.

Ponekad postoje pražnjenja munje koje su vatrene kugle. Kako nastaje kuglasta munja još nije istraženo, ali dostupna opažanja ove zanimljive vrste pražnjenja munje omogućuju nam da izvučemo neke zaključke.

Najčešće je loptasta munja u obliku lubenice ili kruške. Traje relativno dugo — od djelića sekunde do nekoliko minuta.

Najčešće trajanje kuglaste munje je 3 do 5 sekundi. Najčešće se loptasta munja pojavljuje na kraju grmljavinskog nevremena u obliku crvenih užarenih kugli promjera od 10 do 20 centimetara. U rjeđim slučajevima je i velik. Primjerice, snimljena je munja promjera oko 10 metara.

Lopta ponekad može biti zasljepljujuće bijela i imati vrlo oštre obrise. Loptaste munje obično stvaraju šištanje, zujanje ili siktanje.

Kuglasta munja može tiho nestati, ali može emitirati tiho pucketanje ili čak zaglušujuću eksploziju. Kada nestane, često ostavlja izmaglicu oštrog mirisa. U blizini tla ili u zatvorenom prostoru, kuglasta se munja kreće brzinom čovjeka koji trči — otprilike dva metra u sekundi.Može neko vrijeme mirovati, a tako "nataložena" kugla šišta i iskri dok ne nestane. Ponekad se čini da kuglastu munju pokreće vjetar, ali obično je njeno kretanje neovisno o vjetru.

Kuglaste munje privlače zatvoreni prostori, gdje prodiru kroz otvorene prozore ili vrata, a ponekad i kroz male pukotine. Cijevi su dobar način za njih; zato vatrene kugle često izlaze iz pećnica u kuhinjama. Nakon putovanja po sobi, kugla munje napušta prostoriju, često izlazeći istim putem kojim je i ušla.

Ponekad se munja diže i pada dva ili tri puta na udaljenosti od nekoliko centimetara do nekoliko metara. Istovremeno s tim usponima i padovima, vatrena se kugla ponekad pomiče u vodoravnom smjeru, a tada se čini da kuglasta munja skače.

Često se kuglasta munja "smješta" na žice, preferirajući najviše točke, ili se kotrlja duž žica, na primjer, duž odvodnih cijevi. Krećući se duž tijela ljudi, ponekad ispod odjeće, vatrene kugle uzrokuju teške opekline, pa čak i smrt. Mnogo je opisa slučajeva smrtonosnih ozljeda ljudi i životinja od udara groma. Toplinska munja može uzrokovati vrlo ozbiljna oštećenja na zgradama.

Gdje udara munja?

Budući da je munja električno pražnjenje kroz debljinu izolatora - zraka, najčešće se javlja tamo gdje će sloj zraka između oblaka i bilo kojeg objekta na površini zemlje biti manji. Izravna opažanja pokazuju ovo: munja teži udariti u visoke zvonike, jarbole, drveće i druge visoke objekte.

Međutim, munje ne žure samo na visoke objekte.S dva susjedna jarbola jednake visine, jednog od drva i drugog od metala, koji stoje nedaleko jedan od drugog, munje će juriti na metalni. To će se dogoditi iz dva razloga. Prvo, metal mnogo bolje provodi struju od drveta, čak i kada je mokar. Drugo, metalni jarbol je dobro povezan sa zemljom i struja iz zemlje može slobodnije teći do jarbola tijekom razvoja predvodnika.

Posljednja okolnost naširoko se koristi za zaštitu raznih zgrada od munje. Što je veća površina metalnog jarbola u kontaktu sa tlom, to je lakše da struja iz oblaka prođe u zemlju.

To se može usporediti s tim kako se mlaz tekućine ulijeva kroz lijevak u bocu. Ako je otvor na lijevku dovoljno velik, mlaz će ići ravno u bocu. Ako je otvor u lijevku mali, tada će se tekućina početi prelijevati preko ruba lijevka i slijevati na pod.

Munja može udariti čak iu ravnu površinu zemlje, ali istovremeno juri tamo gdje je električna vodljivost tla veća. Tako, na primjer, mokru glinu ili močvaru prije pogodi munja nego suhi pijesak ili kamenito suho tlo. Iz istog razloga, munje udaraju u obale rijeka i potoka, preferirajući ih od visokih, ali suhih stabala koja se uzdižu blizu njih.

Ova karakteristika munje - da juri na dobro uzemljena i dobro vodljiva tijela - široko se koristi za implementaciju raznih zaštitnih uređaja.