Mis on välk ja kuidas see tekib?

Äikesepilvede päritolu

Kõrgele maapinnast tõusev udu koosneb veeosakestest ja moodustab pilvi. Suuremaid ja raskemaid pilvi nimetatakse rünkpilvedeks. Mõned pilved on lihtsad – need ei põhjusta välku ega äikest. Teisi nimetatakse äikesetormideks, kuna need tekitavad äikese, moodustavad välku ja äikest. Äikesepilved erinevad tavalistest vihmapilvedest selle poolest, et need on laetud elektriga: osa on positiivsed, osad negatiivsed.

Kuidas tekivad rünksajupilved? Kõik teavad, kui tugev tuul äikese ajal on. Kuid veelgi tugevamad õhupöörised tekivad maapinnast kõrgemale, kus metsad ja mäed ei takista õhu liikumist. See tuul tekitab pilvedes enamasti positiivset ja negatiivset elektrit.

Iga tilga keskel on positiivne elekter ja tilga pinnal on võrdne kogus negatiivset elektrit. Langevad vihmapiisad püüab tuul kinni ja langevad õhuvooludesse. Tuul, tabades tilka jõuga, purustab selle tükkideks.Sellisel juhul laetakse tilga eraldunud välisosakesed negatiivse elektriga.

Ülejäänud tilga suurem ja raskem osa on laetud positiivse elektriga. Pilve see osa, kuhu kogunevad rasked tilgad, on laetud positiivse elektriga. Pilvest sadanud vihm kannab osa pilve elektrist maapinnale ja nii tekib pilve ja maapinna vahele elektriline külgetõmme.

Joonisel fig. 1 näitab elektrienergia jaotumist pilves ja maapinnal. Kui pilv on laetud negatiivse elektriga, siis, püüdes selle poole meelitada, jaotub maa positiivne elekter kõigi elektrivoolu juhtivate kõrgendatud objektide pinnale. Mida kõrgem on maapinnal seisev objekt, seda väiksem on vahemaa pilve tipu ja põhja vahel ning seda väiksem on õhukiht, mis siia jääb, andes välja vastupidist elektrit. On ilmselge, et välk tungib sellistes kohtades kergemini maasse. Sellest räägime teile hiljem lähemalt.

Riis. 1. Elektrienergia jaotus äikesepilves ja maapealsetes objektides

Mis põhjustab välku?

Kõrgele puule või majale lähenedes mõjub sellele elektriga laetud äikesepilv. Joonisel fig. 1 negatiivse elektriga laetud pilv tõmbab positiivse elektri katusele ja maja negatiivne elekter läheb maasse.

Nii elekter — pilves kui ka maja katusel — kipub üksteist ligi tõmbama. Kui pilves on palju elektrit, siis mõju kaudu tekib palju elektrit majale.

Nii nagu sissetulev vesi võib murda tammi ja tormata vooluveekogusse, ujutades oma piiramatul liikumisel üle oru, nii võib üha enam pilve kogunev elekter lõpuks murda läbi õhukihi, mis eraldab seda maapinnast ja tormata. alla maa peale, vastupidisele elektrile. Tekib tugev tühjenemine – elektrisäde libiseb pilve ja maja vahele.

See on välk, mis majja lööb. Pikselahendus võib tekkida mitte ainult pilve ja maa vahel, vaid ka kahe erinevat tüüpi elektriga laetud pilve vahel.

Mida tugevam on tuul, seda kiiremini laetakse pilv elektriga. Tuul kulutab teatud hulga tööd, mis läheb positiivse ja negatiivse elektri eraldamiseks.

Kuidas välk areneb?

Kõige sagedamini pärineb maasse lööv välk negatiivse elektriga laetud pilvedest. Sellisest pilvest lööv välk areneb nii.

Esiteks hakkavad väikesed kogused elektrone voolama pilvest maapinnale kitsas kanalis, moodustades õhus omamoodi voolu.

Joonisel fig. 2 näitab seda välgu tekkimise algust. Pilve selles osas, kus kanal moodustuma hakkab, on kogunenud suure liikumiskiirusega elektronid, mille tõttu nad õhuaatomitega kokku põrkudes lõhustavad need tuumadeks ja elektronideks.

Riis. 2. Pilves hakkab tekkima välk

Ka sel juhul vabanevad elektronid sööstavad maapinnale ja taas põrkudes õhu aatomitega eraldavad need.See on nagu lumesadu mägedes, kui algul väike tükk alla veeredes kattub selle külge kleepunud lumehelvestega ja muutub lendu kiirendades suureks laviiniks.

Ja siin hõivab elektronlaviin uued õhuhulgad, jagades selle aatomid tükkideks. Sel juhul õhku soojendatakse ja temperatuuri tõustes selle juhtivus suureneb. See muutub isolaatorist juhiks. Pilvest tekkiva juhtiva õhukanali kaudu hakkab elekter üha enam tühjenema. Elekter läheneb maapinnale tohutu kiirusega, ulatudes 100 kilomeetrini sekundis.

Sajandiku sekundiga jõuab elektronide laviin maapinnani. Sellega lõpeb vaid esimene, nii-öelda "ettevalmistav" osa välgust: välk on jõudnud maapinnale. Teine, suurem osa Lightningu arendusest on alles ees. Piksemoodustise vaadeldavat osa nimetatakse juhiks. See võõrsõna tähendab vene keeles "juht". Giid tegi teed välgu teisele, võimsamale osale; seda osa nimetatakse põhiosaks. Niipea, kui kanal maapinnale jõuab, hakkab elekter sellest palju ägedamalt ja kiiremini läbi voolama.

Nüüd on kanalisse kogunenud negatiivse elektri ja vihmapiiskadega maapinnale langenud positiivse elektri vahel ühendus ning elektrilisel toimel toimub elektri tühjenemine pilve ja maa vahel. Selline tühjenemine on tohutu tugevusega elektrivool — see tugevus on palju suurem kui voolu tugevus tavalises elektrivõrgus.

Kanalis voolav vool suureneb väga kiiresti ja pärast maksimaalse tugevuse saavutamist hakkab see järk-järgult vähenema.Piksekanal, mille kaudu nii tugev vool läbib, kuumeneb palju ja seepärast helendab eredalt. Kuid voolu aeg välklahenduses on väga lühike. Tühjenemine kestab väga väikeseid sekundi murdosasid ja seetõttu on tühjenemise käigus toodetud elektrienergia suhteliselt väike.

Joonisel fig. 3 näitab piksejuhi järkjärgulist liikumist maa poole (vasakul kolm esimest joonist).

Riis. 3. Piksejuhi (esimesed kolm joonist) ja selle põhiosa (kolm viimast joonist) järkjärguline arendamine.

Viimasel kolmel joonisel on kujutatud välgu teise (põhi)osa tekkimise eraldiseisvad hetked. Välku vaatav inimene ei suudaks mõistagi eristada selle juhti põhiosast, sest nad järgivad üksteist ülikiiresti, samal teel.

Pärast kahe erineva elektritüübi ühendamist katkeb vool. Tavaliselt välk sellega ei lõpe. Tihti tormab uus liider kohe mööda esimesest viskest lõõmatud rada ja tema selja taga, samal rajal, on taas viske silm osa. See lõpetab teise tühjenemise.

Selliseid eraldi kategooriaid võib olla kuni 50, millest igaüks koosneb oma juhist ja põhiorganist. Enamasti on neid 2-3. Eraldi heidete tekkimine muudab välgu katkendlikuks ja sageli näeb välku vaatav inimene selle värelemist. See põhjustabki välklambi vilkumist.

Eraldi heidete moodustumise vaheline aeg on väga lühike. See ei ületa sajandiksekundi.Kui väljavoolude arv on väga suur, siis võib välgu kestus ulatuda terve sekundini või isegi mitme sekundini.

Oleme käsitlenud ainult ühte tüüpi välku, mis on kõige levinum.Seda välku nimetatakse lineaarseks välguks, kuna see näib palja silmaga joonena – kitsa, heleda valge, helesinise või erkroosa ribana.

Joonevälgu pikkus ulatub sadadest meetritest mitme kilomeetrini. Välgu tee on tavaliselt siksakiline. Välgul on sageli palju harusid. Nagu juba mainitud, võivad lineaarsed välgulahendused tekkida mitte ainult pilve ja maapinna vahel, vaid ka pilvede vahel.

Keravälk

Lisaks lineaarsele on aga palju harvem ka muud tüüpi välgud. Vaatleme neist üht, kõige huvitavamat - keravälku.

Mõnikord on välgulööke, mis on tulekerad. Seda, kuidas keravälk tekib, pole veel uuritud, kuid olemasolevad vaatlused selle huvitava pikselahenduse tüübi kohta võimaldavad teha mõningaid järeldusi.

Kõige sagedamini on keravälk arbuusi või pirni kujuline. See kestab suhteliselt kaua - sekundi murdosast mitme minutini.

Kõige tavalisem keravälgu kestus on 3–5 sekundit. Kõige sagedamini ilmub keravälk äikese lõpus punaste helendavate kuulide kujul, mille läbimõõt on 10–20 sentimeetrit. Harvematel juhtudel on see ka suur. Näiteks pildistati umbes 10-meetrise läbimõõduga välgunoolt.

Pall võib mõnikord olla pimestavalt valge ja väga teravate piirjoontega. Keravälk teeb tavaliselt susisevat, sumisevat või susisevat häält.

Keravälk võib vaikselt tuhmuda, kuid see võib tekitada nõrka praginat või isegi kõrvulukustavat plahvatust. Kui see kaob, jätab see sageli terava lõhnaga udu. Maapinna lähedal või siseruumides liigub keravälk jooksva inimese kiirusega — ligikaudu kaks meetrit sekundis.See võib mõnda aega puhata ja selline "seastunud" pall susiseb ja loobib sädemeid, kuni see kaob. Mõnikord tundub, et keravälku juhib tuul, kuid tavaliselt on selle liikumine tuulest sõltumatu.

Keravälku meelitavad kinnised ruumid, kus nad tungivad läbi avatud akende või uste ning mõnikord isegi väikeste pragude kaudu. Torud on nende jaoks hea viis; sellepärast tulevad köögis ahjudest sageli tulekerad. Pärast ruumis ringi rändamist väljub keravälk ruumist, väljudes sageli mööda sama rada, kuhu sisenes.

Mõnikord tõuseb ja langeb välk paar-kolm korda mõne sentimeetri kuni mõne meetri kaugusele. Samaaegselt nende tõusude ja mõõnadega liigub tulekera mõnikord horisontaalsuunas ja siis paistab, et keravälk teeb hüppeid.

Sageli "selab" keravälk juhtmetele, eelistades kõrgeimaid punkte, või veereb mööda juhtmeid, näiteks mööda äravoolutorusid. Liikudes mööda inimeste kehasid, mõnikord riiete all, põhjustavad tulekerad tõsiseid põletushaavu ja isegi surma. On palju kirjeldusi juhtudest, kus välk on põhjustanud inimestele ja loomadele surmava vigastuse. Kuumavälk võib hoonetele väga suuri kahjustusi tekitada.

Kuhu välk lööb?

Kuna välk on elektrilahendus läbi isolaatori – õhu – paksuse, tekib see enamasti seal, kus õhukiht pilve ja mis tahes maapinnal asuva objekti vahel on väiksem. Otsesed vaatlused näitavad seda: välk kipub tabama kõrgeid kellatorne, maste, puid ja muid kõrgeid objekte.

Välk ei torma aga ainult kõrgetele objektidele.Kahest kõrvuti asetsevast võrdse kõrgusest mastist, millest üks on puidust ja teine ​​metallist ning teineteisest mitte kaugel seistes, sööstab välk metallmasti juurde. See juhtub kahel põhjusel: Esiteks juhib metall elektrit palju paremini kui puit, isegi märjana. Teiseks on metallmast maapinnaga hästi ühendatud ja maapinnast tulev elekter saab liidri arendamise käigus vabamalt masti juurde voolata.

Viimast asjaolu kasutatakse laialdaselt erinevate hoonete kaitsmiseks pikselöögi eest. Mida suurem on maapinnaga kokkupuutes oleva metallmasti pindala, seda lihtsam on pilvest tuleva elekter maapinnale pääseda.

Seda võib võrrelda sellega, kuidas vedelikujuga läbi lehtri pudelisse valatakse. Kui lehtri ava on piisavalt suur, läheb juga otse pudelisse. Kui lehtri ava on väike, hakkab vedelik üle lehtri serva voolama ja valama põrandale.

Välk võib lüüa isegi tasasele maapinnale, kuid samal ajal tormab sinna, kus pinnase elektrijuhtivus on suurem. Nii näiteks tabab välk märga savi või sood varem kui kuiva liiva või kivist kuiva mulda. Samal põhjusel lööb välk jõgede ja ojade kallastele, eelistades neid nende lähedal kõrguvatele kõrgetele, kuid kuivadele puudele.

Seda välgu omadust – tormata hästi maandatud ja hästi juhtivate kehade juurde – kasutatakse laialdaselt erinevate kaitseseadmete rakendamisel.