И. Стекольников - Молния и гром
Сила тока в электротехнике измеряется единицей, называемой ампером.
Через электрическую лампочку, горящую в комнате и имеющую среднюю яркость, протекает ток, измеряемый 1/3–1/2 ампера. В линиях передачи электрической энергии протекают токи, измеряемые сотнями и тысячами ампер, а в молнии ток доходит до 200 000 ампер!
7. Получение электричества через влияние
Теперь, когда мы знаем, что атомы каждого тела состоят из частиц, содержащих как положительное, так и отрицательное электричество, мы можем объяснить важное явление — получение электричества через влияние. Это поможет нам понять, как образуется молния.
Произведём следующий опыт. Поднесём к шарику электроскопа палочку, заряженную электричеством какого-нибудь рода, например — положительным, но не будем дотрагиваться палочкой до шарика, оставив между ними маленький просвет (рис. 7, слева). Листочки электроскопа разойдутся, хотя электричество с палочки на шарик не могло перейти: воздух не является проводником. Это произошло по следующей причине. Положительное электричество на палочке будет притягивать к себе отрицательное электричество, имеющееся на шарике, стержне и листочках электроскопа, и отталкивать от себя положительное электричество на этих же проводниках. Отрицательное электричество соберётся ближе к палочке — на поверхности шарика, а положительное — дальше, на листочках. А оба листочка, на которых оказалось электричество одного и того же рода (положительное), разойдутся.
Рис. 7. Получение электричества через влияние.
Но такое расположение обоих электричеств на электроскопе — непрочное. Стоит нам удалить палочку от шарика, и листочки снова спадут: оба рода электричества, притягиваясь друг к другу, опять равномерно распределятся во всех частях электроскопа, и он перестанет проявлять свои электрические свойства.
Потупим теперь так. Снова поднесём к шарику электроскопа палочку, заряженную положительным электричеством, оставив просвет. Листочки разойдутся. Затем, не унося палочки, дотронемся другой рукой до шарика. Угол между листочками немного уменьшится, но совсем листочки не спадут (рис. 7, посредине). Теперь унесём палочку и отнимем руку. Листочки останутся в прежнем положении — электроскоп будет заряжен (рис. 7, справа).
Почему это произошло? Откуда получилось электричество на электроскопе? Ведь мы заряженной палочкой к шарику не прикасались.
Когда мы дотронулись рукою до шарика электроскопа, то положительное электричество на нём, которое стремилось оттолкнуться от палочки, пошло по проводникам — нашей руке и нашему телу — и ушло в землю. А отрицательное электричество, притягиваемое палочкой, осталось на электроскопе и распределилось по всей его проводящей части, на шарике, стержне и листочках. На долю листочков досталось уже меньше электричества, и угол между ними уменьшился. Когда мы после этого унесли палочку, то ничего не изменилось, и электроскоп остался заряженным отрицательным электричеством.
Такой способ получения электричества называется получением электричества «через влияние». Здесь электричество не переходит от одного тела к другому, а получается от влияния тела, заряженного электричеством другого рода.
Мы увидим в следующей главе, что именно такое получение электричества через влияние и будет причиной молнии.
Рассказанных здесь сведений достаточно, чтобы понять, как образуется молния, какие действия она производит и как от неё защититься. Этому и посвящены следующие главы нашей книжки.
II. Образование молнии и грома
1. Происхождение грозовых туч
Туман, поднявшийся высоко над землёй, состоит из частичек воды и образует облака. Более крупные и тяжёлые облака называются тучами. Одни тучи являются простыми — они молнии и грома не вызывают. Другие же называются грозовыми, так как именно они создают грозу, образуют молнию и гром. От простых дождевых туч грозовые тучи отличаются тем, что они заряжены электричеством: одни — положительным, другие — отрицательным.
Как же образуются грозовые тучи?
Всякий знает, какой сильный ветер бывает во время грозы. Но ещё более сильные воздушные вихри образуются выше над землёй, где движению воздуха не мешают леса и горы. Этот ветер, главным образом, и образует положительное и отрицательное электричество в облаках. Чтобы понять это, рассмотрим, как распределено электричество в каждой водяной капле. Такая капля изображена в увеличенном виде на рис. 8. В центре её находится положительное электричество, а равное ему отрицательное электричество располагается на поверхности капли. Падающие капли дождя подхватываются ветром, попадают в воздушные потоки. Ветер, с силой ударяющий в каплю, разбивает её на части. При этом отколовшиеся наружные частицы капли оказываются заряженными отрицательным электричеством. Оставшаяся более крупная и тяжёлая часть капли заряжена положительным электричеством. Та часть тучи, в которой скапливаются тяжёлые частицы капель, заряжается положительным электричеством.
Рис. 8. Так распределено электричество в дождевой капле. Положительное электричество внутри капли изображено одним (большим) знаком «+».
Чем сильнее ветер, тем скорее туча заряжается электричеством. Ветер затрачивает определенную работу, которая уходит на то, чтобы разделить положительное и отрицательное электричества.
Дождь, выпадающий из тучи, уносит часть электричества тучи на землю и, таким образом, между тучей и землёй создаётся электрическое притяжение.
На рис. 9 показано распределение электричества в туче и на поверхности земли. Если туча заряжена отрицательным электричеством, то, стремясь притянуться к нему, положительное электричество земли будет распределяться на поверхности всех возвышенных предметов, проводящих электрический ток. Чем выше предмет, стоящий на земле, тем меньше расстояние между его верхом и низом тучи и тем меньше остающийся здесь слой воздуха, разделяющий разноимённые электричества. Очевидно, что в таких местах молнии легче пробиться к земле. Об этом мы расскажем ещё подробнее дальше.
Рис. 9. Распределение электричества в грозовой туче и наземных предметах.
2. Отчего происходит молния?
Подходя близко к высокому дереву или дому, грозовая туча, заряженная электричеством, действует на него совершенно так же, как в рассмотренном нами последнем опыте заряженная палочка действовала на электроскоп. На верхней части дерева или на крыше дома получается через влияние электричество иного рода, чем то, которое несёт на себе туча. Так, например, на рис. 9 туча, заряженная отрицательным электричеством, притягивает к крыше положительное электричество, а отрицательное электричество дома уйдёт в землю.
Оба электричества — в туче и в крыше дома — стремятся притянуться друг к другу. Если электричества в туче много, то и на доме образуется через влияние много электричества. Подобно тому, как прибывающая вода может размыть плотину и ринуться бурным потоком, затопляя долину в своём безудержном движении, так и электричество, всё в большем количестве накапливающееся в туче, в конце концов, может прорвать слой воздуха, отделяющий его от поверхности земли, и устремиться вниз навстречу земле, к противоположному электричеству. Произойдёт сильный разряд — между тучей и домом проскочит электрическая искра.
Это и есть молния, ударившая в дом.
Разряды молнии могут происходить не только между тучей и землёй, но и между двумя тучами, заряженными электричествами разного рода.
3. Как развивается молния?
Чаще всего молнии, ударяющие в землю, происходят от туч, заряженных отрицательным электричеством. Молния, ударяющая из такой тучи, развивается так.
Сначала из тучи по направлению к земле начинают течь электроны в небольшом количестве, в узком канале, образуя в воздухе нечто подобное ручейку. На рис. 10 показано это начало образования молнии. В той части тучи, где начинается образование канала, скопились электроны, обладающие большой скоростью движения, благодаря которой они, сталкиваясь с атомами воздуха, разбивают их на ядра и электроны. Освобождающиеся при этом электроны устремляются также по направлению к земле и, снова сталкиваясь с атомами воздуха, расщепляют их. Это похоже на падение снега в горах, когда сначала небольшой ком, катясь вниз, обрастает прилипающими к нему снежинками, и, всё ускоряя свой бег, превращается в грозную лавину. И здесь электронная лавина захватывает всё новые объёмы воздуха, расщепляя его атомы на части. При этом воздух разогревается, а при повышении температуры его проводимость усиливается; он из изолятора превращается в проводник. Через полученный проводящий канал воздуха из тучи начинает стекать электричество всё в большем количестве. Электричество приближается к земле с огромной скоростью, достигающей 100 километров в секунду. Для сравнения напомним, что скорость полёта снаряда из современных орудий не превышает двух километров в секунду.
