Mis on välk? Kuidas see loodusnähtus kujuneb ja kust see tuleb? Atmosfäärifüüsika: kuidas, miks ja kust välk tuleb Miks äike ja välk tekivad

Välk on võimas elektrienergia tühjendus. Selle esinemise olemus seisneb pilvede või maapinna tugevas elektrifitseerimises. Sel põhjusel tekivad heited pilvedes endis või kahe kõrvuti asetseva pilve vahel või pilve ja maapinna vahel. Enamik inimesi kardab äikesetorme. Nähtus on tõesti hirmutav. Päikest katavad sünged pilved, müristab äike, välgub ja sajab tugevat vihma. Aga kust tuleb välk, kuidas seletada lapsele ülal toimuvat?

Kust tuleb äike ja välk – selgitus lastele

Müristab äike ja ilmub välku. Välgu toimumise protsess jaguneb esimeseks ja kõigiks järgnevateks. Põhjus on selles, et esmane löök loob tee elektrilahenduseks. Negatiivne tühjenemine koguneb pilve põhja.

Ja maapinnal on positiivne laeng. Sel põhjusel tõmbavad pilves asuvad elektronid maapinna poole ja tormavad alla. Niipea, kui esimesed elektronid jõuavad maapinnale, tekib elektrilahenduste läbimiseks vaba kanal, mille kaudu ülejäänud elektronid alla sööstavad. Maapinna lähedal asuvad elektronid lahkuvad esimesena kanalist. Teised tormavad asemele astuma. Luuakse seisund, kus kogu negatiivne energialahendus tuleb pilvest välja, tekitades võimsa maasse suunatud elektrivoolu. Just sellisel hetkel on võimalik välk, millega kaasneb äikeseplaks.

Kust keravälk tuleb?

Kas välku nimetatakse keravälkuks? Seda tüüpi välku peetakse eritüübiks, see on õhus hõljuv helendav kuul. Selle suurus on kümme kuni kakskümmend sentimeetrit, värvus on sinine, oranž või valge. Sellise palli temperatuur on nii kõrge, et kui see ootamatult puruneb, aurustub seda ümbritsev vedelik ning metall- või klaasesemed sulavad.

Selline pall võib eksisteerida pikka aega. Liikumisel võib see ootamatult oma suunda muuta, mitu sekundit õhus hõljuda või järsult ühele poole kalduda.

Keravälk tekib kõige sagedamini äikese ajal, kuid mõnikord on seda näha ka päikesepaistelise ilmaga. Selle välimus ilmneb ootamatult ühes eksemplaris. Pall on võimeline pilvedest alla laskuma, ilmudes samba või puu tagant üsna ootamatult õhku. Ta suudab siseneda suletud ruumi pistikupesa või teleri kaudu.

Kust tulevad äike ja välk?

Elemendid vajavad oma jõu avaldamiseks teatud asjaolusid. Elektrifitseeritud pilved tekitavad välku. Kuid atmosfäärikihist läbimurdmiseks ei sisalda iga pilv selleks piisavalt jõudu. Pilve, mille kõrgus ulatub mitme tuhande meetrini, peetakse äikesetormiks. Pilve põhi asub maapinna lähedal, sealne temperatuurirežiim on kõrgem kui pilve ülemises osas, kus veepiisad võivad külmuda.

Õhumassid on pidevas liikumises. Soe õhk tõuseb üles ja läheb alla. Kui osakesed liiguvad, elektriseeritakse. Pilve erinevad osad koguvad ebavõrdset potentsiaali. Kriitilise väärtuse saavutamisel tekib sähvatus, millega kaasneb äike.

Ohtlik välk

Tavaliselt järgneb esimesele löögile teine. See on tingitud asjaolust, et esimese välgatusega elektronid ioniseerivad õhku, luues võimaluse elektronide teiseks läbipääsuks. Seetõttu esinevad järgnevad puhangud peaaegu ilma pausita, tabades samas kohas. Pilvest väljuv välk võib oma elektrilahendusega inimesele olulist kahju tekitada. Isegi kui tema löök on läheduses, mõjutavad tagajärjed teie tervist negatiivselt.

Äikese ajal peate olema maal, maapinnale võimalikult lähedal. Soovitatav on mitte kasutada mobiilseadmeid.

Pilved sirutasid tiivad ja varjasid meie eest päikese...

Miks me vahel vihma ajal kuuleme äikest ja näeme välku? Kust need puhangud tulevad? Nüüd räägime teile sellest üksikasjalikult.

Mis on välk?

Mis on välk? See on hämmastav ja väga salapärane loodusnähtus. Peaaegu alati juhtub see äikesetormi ajal. Mõni on üllatunud, mõni ehmunud. Luuletajad kirjutavad välgust, teadlased uurivad seda nähtust. Kuid palju jääb lahendamata.

Üks on kindel – see on hiiglaslik säde. See on nagu miljard lambipirni plahvatanud! Selle pikkus on tohutu - mitusada kilomeetrit! Ja ta on meist väga kaugel. Seetõttu näeme seda kõigepealt ja alles siis kuuleme. Äike on välgu "hääl". Lõppude lõpuks jõuab valgus meieni kiiremini kui heli.

Ja välku juhtub ka teistel planeetidel. Näiteks Marsil või Veenusel. Tavaline välk kestab vaid sekundi murdosa. See koosneb mitmest kategooriast. Välk ilmub mõnikord üsna ootamatult.

Kuidas välk tekib?

Välk sünnib tavaliselt äikesepilves, kõrgel maapinnast. Äikesepilved tekivad siis, kui õhk hakkab väga kuumaks minema. Seetõttu on pärast kuumalainet hämmastavaid äikesetorme. Miljardid laetud osakesed lendavad sõna otseses mõttes kohta, kust need pärinevad. Ja kui neid on väga-väga palju, lahvatavad nad leeki. Sealt tuleb välk – äikesepilvest. Ta võib vastu maad lüüa. Maa tõmbab teda. Kuid see võib plahvatada ka pilves endas. Kõik oleneb sellest, millise välguga on tegu.

Mis tüüpi välgud on olemas?

Välke on erinevat tüüpi. Ja sa pead sellest teadma. See pole lihtsalt "lint" taevas. Kõik need "paelad" erinevad üksteisest.

Välk on alati löök, see on alati tühjenemine millegi vahel. Neid on üle kümne! Nimetagem praegu vaid kõige elementaarsemad, lisades neile välgupildid:

• Äikesepilve ja maapinna vahel. Need on samad “paelad”, millega oleme harjunud.

Kõrge puu ja pilve vahel. Sama "lint", kuid löök on suunatud teises suunas.

Lindi tõmblukk - kui pole mitte ühte "paela", vaid mitu paralleelselt.

• Pilve ja pilve vahel või lihtsalt ühes pilves “mängitud”. Seda tüüpi välku võib sageli näha äikese ajal. Peate lihtsalt olema ettevaatlik.

• On ka horisontaalseid välke, mis maad üldse ei puuduta. Neile on antud kolossaalne tugevus ja neid peetakse kõige ohtlikumaks

• Ja keravälgust on kuulnud kõik! Ainult vähesed on neid näinud. Veel vähem on neid, kes neid näha tahaksid. Ja on ka inimesi, kes ei usu oma olemasolusse. Aga keravälk on olemas! Sellist välku on raske pildistada. See plahvatab kiiresti, ehkki võib "jalutada", kuid parem on, kui selle kõrval olev inimene ei liiguks - see on ohtlik. Seega pole siin kaamera jaoks aega.

• Väga ilusa nimega välgutüüp – “Püha Elmo tuli”. Aga see pole just välk. See on kuma, mis ilmub äikese lõpus terava otsaga hoonetele, laternatele ja laevamastidele. Ka säde, aga ei kustu ja pole ohtlik. Püha Elmo tuli on väga ilus.

• Vulkaaniline välk tekib siis, kui vulkaan purskab. Vulkaanil endal on juba laeng. Tõenäoliselt põhjustab see välku.

• Sprite välk on midagi, mida te Maalt ei näe. Need ilmuvad pilvede kohale ja vähesed inimesed neid veel uurivad. Need välgunooled näevad välja nagu millimallikad.

• Punktiirvälku pole peaaegu uuritud. Seda võib näha äärmiselt harva. Visuaalselt näeb see tõesti välja nagu punktiirjoon – justkui sulaks välgulint.

Need on erinevat tüüpi välgud. Nende jaoks kehtib ainult üks seadus - elektrilahendus.

Järeldus.

Isegi iidsetel aegadel peeti välku nii jumalate märgiks kui ka vihaks. Ta oli mõistatus enne ja jääb selleks ka nüüd. Pole tähtis, kuidas nad selle kõige väiksemateks aatomiteks ja molekulideks jagavad! Ja see on alati uskumatult ilus!

Lineaarse välguga kaasneb tavaliselt tugev kolisev heli, mida nimetatakse äikeseks. Äike toimub järgmisel põhjusel. Oleme näinud, et välgukanalis tekib vool väga lühikese aja jooksul. Samal ajal soojeneb õhk kanalis väga kiiresti ja tugevalt ning kuumutamisel paisub. Laienemine toimub nii kiiresti, et see meenutab plahvatust. See plahvatus tekitab õhulöögi, millega kaasnevad tugevad helid. Pärast voolu järsku katkemist langeb temperatuur välgukanalis kiiresti, kuna soojus väljub atmosfääri. Kanal jahtub kiiresti ja selles olev õhk surutakse seetõttu järsult kokku. See põhjustab ka õhu värisemist, mis tekitab taas heli. On selge, et korduvad pikselöögid võivad põhjustada pikaajalist mürinat ja müra. Heli peegeldub omakorda pilvedelt, maapinnalt, majadelt ja muudelt objektidelt ning mitmekordset kaja tekitades pikendab äikest. Sellepärast tekivad äikesetormid.

Nagu iga heli, liigub äike läbi õhu suhteliselt väikese kiirusega – ligikaudu 330 meetrit sekundis. See kiirus ületab vaid poolteist korda tänapäevase lennuki kiirust. Kui vaatleja näeb esmalt välku ja alles mõne aja pärast kuuleb äikest, saab ta määrata kauguse, mis teda välgust eraldab. Välgu ja äikese vahel olgu näiteks 5 sekundit. Kuna iga sekundiga liigub heli 330 meetrit, siis viie sekundiga on äike läbinud viis korda suurema vahemaa, nimelt 1650 meetrit. See tähendab, et välk lõi vaatlejast vähem kui kahe kilomeetri kaugusel.

Vaikse ilmaga kostab äikest 70-90 sekundi pärast, läbides 25-30 kilomeetrit. Äikesetormid, mis mööduvad vaatlejast vähem kui kolme kilomeetri kauguselt, loetakse lähedasteks ja äikest, mis mööduvad kaugemalt.

Lisaks lineaarsele on, kuigi palju harvem, ka muud tüüpi välgud. Nendest käsitleme üht huvitavamat - keravälku.

Mõnikord täheldatakse välgulahendusi, mis on tulekerad. Seda, kuidas keravälk tekib, pole veel uuritud, kuid olemasolevad vaatlused selle huvitava pikselahenduse tüübi kohta võimaldavad teha mõningaid järeldusi. Siin esitame ühe kõige huvitavama keravälgu kirjelduse.

Siin teatab kuulus prantsuse teadlane Flammarion: „7. juunil 1886 õhtul kell pool üheksa Prantsusmaal Grey linna kohal puhkenud äikesetormi ajal süttis taevas ootamatult laia punast välku ja kohutav mõra, taevast kukkus tulekera, ilmselt läbimõõduga 30-40 sentimeetrit. Sädemeid hajutades tabas see katuseharja otsa, lõi kaugtalast maha enam kui poole meetri pikkuse tüki, lõhestas selle väikesteks tükkideks, täitis pööningu prahiga ja tõi ülemise korruse laest alla krohvi. . Siis hüppas see pall sissepääsu katusele, lõi sellesse augu, kukkus tänavale ja pärast seda mõnda vahemaa veerenud kadus järk-järgult. Tulepall

Ei toonud ega kahjustanud kedagi, hoolimata sellest, et tänaval oli palju inimesi.

Joonisel fig. 13 on kujutatud fotokaameraga jäädvustatud keravälku ja joonis fig. 14 on pilt kunstnikust, kes maalis õue kukkunud keravälgu.

Kõige sagedamini on keravälk arbuusi või pirni kujuga. See kestab suhteliselt kaua - alates väikesest fraktsioonist joon. 13. Keravälk. sekundist mitme minutini.

Kõige tavalisem keravälgu kestus on 3 kuni 5 sekundit. Keravälk ilmub kõige sagedamini äikese lõpus punaste helendavate kuulidena, mille läbimõõt on 10–20 sentimeetrit. Harvematel juhtudel on sellel ka suuremad ajad - 22

Meetmed. Näiteks pildistati umbes 10-meetrise läbimõõduga välgunoolt.

Pall võib mõnikord olla pimestavalt valge ja väga terava piirjoonega. Tavaliselt teeb keravälk vilistavat, sumisevat või susisevat häält.

Keravälk võib vaikselt kaduda, kuid võib tekitada ka nõrka praksuvat heli või isegi kõrvulukustavat heli.

Plahvatus. Kui see kaob, jätab see sageli terava lõhnaga udu. Maapinna lähedal või kinnistes ruumides liigub keravälk jooksva inimese kiirusega – ligikaudu kaks meetrit sekundis. See võib mõnda aega puhata ja selline “setistunud” pall susiseb ja viskab sädemeid välja, kuni see kaob. Mõnikord tundub, et keravälku ajab tuul, kuid tavaliselt selle liikumine tuulest ei sõltu.

Keravälku meelitavad kinnised ruumid, kuhu nad sisenevad avatud akende või uste kaudu ning mõnikord isegi väikeste pragude kaudu. Torud kujutavad endast head teed nende jaoks; Seetõttu paistavad köögis ahjudest sageli keravälk. Pärast ruumis tiirutamist lahkub keravälk ruumist, lahkudes sageli mööda seda teed, mida mööda ta sisenes.

Mõnikord tõuseb ja langeb välk kaks või kolm korda mitme sentimeetri ja mitme sentimeetri kaugusel

Päris paar meetrit. Samaaegselt nende tõusude ja laskumistega liigub tulekera vahel horisontaalsuunas ja siis tundub, et keravälk teeb hüppeid.

Tihti “selab” keravälk juhtide peale, eelistades kõrgeimaid punkte, või veereb mööda juhte, näiteks mööda äravoolutorusid. Liikudes üle inimeste kehade, mõnikord riiete all, põhjustab keravälk raskeid põletushaavu ja isegi surma. Keravälgu poolt inimestele ja loomadele surmaga lõppenud vigastuste juhtumeid kirjeldatakse palju. Keravälk võib hooneid väga tõsiselt kahjustada.

Keravälgu jaoks pole veel täielikku teaduslikku seletust. Teadlased on järjekindlalt uurinud keravälku, kuid siiani pole selle kõiki erinevaid ilminguid selgitatud. Selles valdkonnas on veel palju teadustööd teha. Muidugi pole keravälkudes midagi salapärast ega “üleloomulikku”. See on elektrilahendus, mille päritolu on sama. nagu lineaarne välk. Kahtlemata suudavad teadlased lähitulevikus selgitada kõiki keravälgu üksikasju sama hästi kui nad suutsid selgitada kõiki lineaarse välgu üksikasju,

Välk on võimas elektrilahendus. See tekib siis, kui pilved või maapind on tugevalt elektrifitseeritud. Seetõttu võivad välgulahendused tekkida kas pilve sees või naabruses asuvate elektrifitseeritud pilvede vahel või elektrifitseeritud pilve ja maapinna vahel. Pikselahendusele eelneb elektripotentsiaalide erinevus naaberpilvede või pilve ja maapinna vahel.

Elektriseerimine, see tähendab elektrilise iseloomuga tõmbejõudude teke, on igapäevasest kogemusest kõigile hästi teada.

Kui kammite puhtaid ja kuivi juukseid plastkammiga, hakkab see nende poole tõmbama või lausa sädema. Pärast seda võib kamm meelitada ka muid väikeseid esemeid, näiteks väikseid paberitükke. Seda nähtust nimetatakse elektrifitseerimine hõõrdumise teel.

Mis põhjustab pilvede elektriseerumist? Need ju ei hõõru üksteise vastu, nagu juhtub siis, kui juustele ja kammile tekib elektrostaatiline laeng.

Äikesepilv on tohutu kogus auru, millest osa on kondenseerunud pisikeste jäätilkade või jäätükkidena. Äikesepilve tipp võib olla 6-7 km kõrgusel ja põhi võib rippuda maapinna kohal 0,5-1 km kõrgusel. 3-4 km kõrgusel koosnevad pilved erineva suurusega jäätükkidest, kuna seal on temperatuur alati alla nulli. Need jäätükid on pidevas liikumises, mida põhjustavad sooja õhu tõusvad hoovused maa kuumutatud pinnalt. Väikesed jäätükid kanduvad tõusvate õhuvooludega kergemini minema kui suured. Seetõttu põrkuvad pilve tippu liikuvad “nobedad” väikesed jäätükid pidevalt suurtega kokku. Iga selline kokkupõrge viib elektrifitseerimiseni. Sel juhul laetakse suured jäätükid negatiivselt ja väikesed - positiivselt. Aja jooksul satuvad positiivselt laetud väikesed jäätükid pilve ülaossa ja negatiivselt laetud suured pilve põhja. Teisisõnu, äikesepilve ülemine osa on positiivselt laetud ja põhi negatiivselt laetud.

Pilve elektriväljal on tohutu intensiivsus – umbes miljon V/m. Kui suured vastaslaenguga piirkonnad satuvad üksteisele piisavalt lähedale, loovad mõned nende vahel jooksvad elektronid ja ioonid hõõguva plasmakanali, mille kaudu teised laetud osakesed neile järele tormavad. Nii tekibki välklahendus.

Selle tühjenemise ajal vabaneb tohutu energia - kuni miljard J. Kanali temperatuur ulatub 10 000 K-ni, mis tekitab ereda valguse, mida me välklahenduse ajal jälgime. Pilved väljuvad nende kanalite kaudu pidevalt ja me näeme nende atmosfäärinähtuste väliseid ilminguid välgu kujul.

Kuum keskkond paisub plahvatuslikult ja põhjustab lööklaine, mida tajutakse äikesena.

Me ise saame simuleerida välku, isegi miniatuurset. Katse tuleks läbi viia pimedas ruumis, muidu pole midagi näha. Vajame kahte piklikku õhupalli. Tõstame need täis ja seome kinni. Seejärel, jälgides, et need kokku ei puutuks, hõõrume neid samal ajal villase lapiga. Neid täitev õhk on elektrifitseeritud. Kui pallid tuuakse üksteisele lähemale, jättes nende vahele minimaalse vahe, hakkavad sädemed õhukese õhukihi kaudu ühelt teisele hüppama, tekitades valgussähvatusi. Samal ajal kuuleme nõrka praksuvat heli – miniatuurset äikese koopiat äikese ajal.

Kõik, kes on välku näinud, on märganud, et tegemist pole mitte eredalt helendava sirgjoonega, vaid katkendliku joonega. Seetõttu nimetatakse pikselahenduse jaoks juhtiva kanali moodustamise protsessi selle "sammujuhiks". Kõik need "sammud" on koht, kus valguselähedase kiiruseni kiirendatud elektronid peatusid õhumolekulidega kokkupõrke tõttu ja muutsid liikumissuunda.

Seega on välk kondensaatori rike, mille dielektrik on õhk ning plaadid on pilved ja maa. Sellise kondensaatori võimsus on väike - umbes 0,15 μF, kuid energiavaru on tohutu, kuna pinge ulatub miljardini voltini.

Üks välk koosneb tavaliselt mitmest lahendusest, millest igaüks kestab vaid mõnikümmend miljonit sekundit.

Kõige sagedamini esineb välku rünkpilvedes. Välku esineb ka vulkaanipursete, tornaadode ja tolmutormide ajal.

Välku kuju ja heitesuuna järgi on mitut tüüpi. Tühjendused võivad ilmneda:

• äikesepilve ja maa vahel,
• kahe pilve vahel
• pilve sees,
• jättes pilved selgeks taevaks.

Äikese ajal toimuvad protsessid ise on üsna hästi uuritud. Äike on võimsa lööklaine heli, mis tuleneb hiiglaslikust elektrilahendusest.

Kuidas välk tekib?

Hõõrdumine väikeste jäätükkide ja atmosfääris olevate veeaurutilkade vahel tekitab staatilise elektri. Õhk ei juhi voolu, see tähendab, et see on dielektrik. Kui elektrilaeng teatud hetkel koguneb, ületab väljatugevus kriitilist väärtust ja molekulaarsed sidemed hävivad. Sellisel juhul kaotavad õhk ja veeaur oma elektrit isoleerivad omadused. Seda nähtust nimetatakse dielektriliseks purunemiseks. See võib esineda pilve sees, kahe kõrvuti asetseva äikesepilve vahel või pilve ja maapinna vahel.

Rikke tulemusena moodustub kõrge elektrijuhtivusega kanal, mis on täidetud hiiglasliku sädelahendusega - see on välk. See protsess vabastab tohutul hulgal energiat. Põletiku pikkus võib ulatuda 300 km-ni või rohkemgi. Välguteel olev õhk soojeneb väga kiiresti temperatuurini 25 000 - 30 000°C. Võrdluseks: Päikese pinnatemperatuur on 5726 °C.

Miks tekib äike?

Välguga kuumutatud õhk paisub. Toimub võimas plahvatus. See tekitab lööklaine, millega kaasneb väga vali heli, mitte üksainus heli, vaid häälitsused. See on äike. Mida rohkem äike on välgul, seda rohkem ta plaksutab., sest Igal sammul kostab uus plahvatus. Lisaks peegeldub heli naaberpilvedest. Selle maksimaalne helitugevus on 120 dB. Lineaarset ja pärlvälku ei saa muud kui mürinat saada. Lihtsalt mõnikord on äike kohast, kust sähvatus paistab, nii kaugel, et helil pole aega selleni jõuda.

Huvitav fakt: iidsetes paganlikes religioonides oli alati äikesejumal. Äikese ajal möirgamist peeti üheks tema viha ilminguks. Nüüd on ilmne, et seda heli tuleks võtta ainult läheneva ohu hoiatusena. Kui see ilmub, peate lihtsalt hindama kaugust äikesetormist ja tänaval viibivate inimeste riskiastet.

Kuidas määrata äikeseheli järgi välgu kaugust?

Välgu ja äikese vahel läheb alati aega. See juhtub seetõttu, et valguse kiirus on miljon korda suurem heli kiirusest. Seetõttu on alguses näha sähvatus ja alles mõne sekundi pärast kostab mürinat. Kui mõõdate seda aega, saate ligikaudselt arvutada kauguse äikesetormist.