Шта је муња и како настаје?

Порекло грмљавинских облака

Магла која се диже високо изнад тла састоји се од честица воде и формира облаке. Већи и тежи облаци се називају кумулусни облаци. Неки облаци су једноставни — не изазивају муње или грмљавину. Други се називају грмљавином јер стварају грмљавину, формирају муње и грмљавину. Грмљавински облаци се разликују од обичних кишних облака по томе што су наелектрисани: неки су позитивни, неки негативни.

Како настају грмљавински облаци? Сви знају колико је јак ветар током грмљавине. Али још јачи ваздушни вртлози формирају се више изнад земље, где шуме и планине не ометају кретање ваздуха. Овај ветар генерише углавном позитивну и негативну струју у облацима.

У средишту сваке капи налази се позитиван електрицитет, а дуж површине капи налази се једнака количина негативног електрицитета. Капи кише које падају ветар хвата и падају у ваздушне струје. Ветар, ударивши силом о кап, разбија је на комаде.У овом случају, одвојене спољашње честице капљице постају наелектрисане негативним електрицитетом.

Преостали већи и тежи део капљице наелектрисан је позитивним електрицитетом. Део облака где се акумулирају тешке капљице наелектрисан је позитивним електрицитетом. Киша која пада из облака преноси део електричне енергије облака на земљу и тако се ствара електрична привлачност између облака и земље.

На сл. 1 приказује дистрибуцију електричне енергије у облаку и на површини земље. Ако је облак наелектрисан негативним електрицитетом, онда ће, тежећи да га привуче, позитивни електрицитет земље бити распоређен по површини свих узвишених објеката који проводе електричну струју. Што виши објекат стоји на земљи, то је мање растојање између врха и дна облака и мањи слој ваздуха који овде остаје, дајући супротан електрицитет. Очигледно је да на таквим местима гром лакше продире у земљу. Касније ћемо вам рећи више о томе.

Пиринач. 1. Дистрибуција електричне енергије у грмљавинском облаку и приземним објектима

Шта узрокује муње?

Приближавајући се високом дрвету или кући, на њега делује грмљавински облак набијен струјом. На сл. 1 облак напуњен негативном струјом привлачи позитивну електричну енергију на кров, а негативна електрична енергија куће одлази у земљу.

И електрична енергија — у облаку и на крову куће — имају тенденцију да привлаче једни друге. Ако у облаку има много струје, онда се много струје формира на кући кроз утицај.

Као што надолазећа вода може срушити брану и јурнути у бујицу, поплавивши долину у свом неограниченом кретању, тако и електрична енергија, која се све више акумулира у облаку, може на крају пробити слој ваздуха који је одваја од површине земље и појурити доле до земље, до супротног електрицитета. Доћи ће до јаког пражњења — електрична варница ће клизити између облака и куће.

Ово је муња која удара у кућу. Пражњења грома могу настати не само између облака и земље, већ и између два облака напуњена различитим врстама електричне енергије.

Што је ветар јачи, облак се брже пуни струјом. Ветар троши одређену количину рада, који иде у раздвајање позитивног и негативног електрицитета.

Како се развија муња?

Најчешће, гром који удара у земљу долази од облака наелектрисаних негативним електрицитетом. Удар грома из таквог облака се развија на овај начин.

Прво, мале количине електрона почињу да теку из облака у земљу, у уском каналу, формирајући неку врсту струје у ваздуху.

На сл. 2 показује ову иницијацију формирања муње. У делу облака где канал почиње да се формира, акумулирали су се електрони који поседују велику брзину кретања, због чега их, сударајући се са атомима ваздуха, разбијају на језгра и електроне.

Пиринач. 2. Муња почиње да се формира у облаку

Електрони ослобођени у овом случају такође јуре ка земљи и, поново сударајући се са атомима ваздуха, раздвајају их.То је као падање снега у планинама, када у почетку мала грудвица, котрљајући се, расте прекривена снежним пахуљама залепљеним за њу и, убрзавајући свој лет, постаје велика лавина.

И овде електронска лавина хвата нове количине ваздуха, цепајући његове атоме на комаде. У овом случају, ваздух се загрева, а како се температура повећава, његова проводљивост се повећава. Од изолатора се претвара у проводник. Кроз настали проводни канал ваздуха из облака, електрична енергија почиње да се све више одводи. Струја се приближава земљи огромном брзином, достижући 100 километара у секунди.

За стотинке секунде, лавина електрона стиже до земље. Овим се завршава само први, да тако кажем, "припремни" део муње: муња је пробила пут до земље. Други, главни део развоја Лигхтнинга тек долази. Разматрани део формације грома назива се проводник. Ова страна реч на руском значи "вођа". Водич је направио пут за други, моћнији део муње; овај део се назива главни део. Чим канал дође до земље, струја почиње да тече кроз њега много снажније и брже.

Сада постоји веза између негативног електрицитета нагомиланог у каналу и позитивног електрицитета који је пао на земљу са капима кише, а електричним дејством долази до пражњења струје између облака и земље. Такво пражњење је електрична струја огромне снаге — ова снага је много већа од јачине струје у конвенционалној електричној мрежи.

Струја која тече у каналу расте веома брзо, а након достизања максималне снаге почиње да се постепено смањује.Канал грома кроз који тече тако јака струја се јако загрева и стога јако сија. Али време протока струје у пражњењу грома је веома кратко. Пражњење траје веома мале делове секунде и стога је електрична енергија произведена током пражњења релативно мала.

На сл. 3 показује постепено кретање громобрана према земљи (прве три фигуре лево).

Пиринач. 3. Постепени развој громобрана (прве три фигуре) и његовог главног дела (последње три фигуре).

Последње три фигуре приказују одвојене тренутке формирања другог (главног) дела муње. Човек који гледа у блиц, наравно, не би могао да разликује његов водич од главног дела, пошто се они прате изузетно брзо, на истом путу.

Након повезивања две различите врсте електричне енергије, струја се прекида. Обично муње ту не престају. Често нови вођа одмах јури стазом запаљеном првим бацањем, а иза њега, на истој стази, опет је око део бацања. Ово завршава друго пражњење.

Може постојати до 50 таквих одвојених категорија, од којих се свака састоји од свог вође и главног тела. Најчешће их има 2-3. Појава одвојених пражњења чини муњу испрекиданом, а често особа која гледа у муњу види како трепери. То је оно што узрокује да блиц трепери.

Време између формирања одвојених пражњења је веома кратко. Не прелази стоти део секунде.Ако је број пражњења веома велики, онда трајање муње може да достигне читаву секунду или чак неколико секунди.

Размотрили смо само једну врсту муње, која је најчешћа.Ова муња се назива линеарна муња јер се голим оком чини као линија — уска, светла трака беле, светлоплаве или светло розе.

Линијска муња има дужину од стотина метара до много километара. Пут муње је обично цик-цак. Муња често има много грана. Као што је већ поменуто, линеарна пражњења грома могу се јавити не само између облака и земље, већ и између облака.

Лоптаста муња

Поред линеарних, постоје, међутим, много ређе друге врсте муња. Размотрићемо једну од њих, најинтересантнију — кугличну муњу.

Понекад постоје пражњења грома која су ватрене лопте. Како настаје лоптаста муња још увек није проучавана, али доступна запажања ове занимљиве врсте пражњења грома нам омогућавају да извучемо неке закључке.

Најчешће је лоптаста муња у облику лубенице или крушке. Траје релативно дуго - од делића секунде до неколико минута.

Најчешће трајање лоптасте муње је 3 до 5 секунди. Најчешће се лоптаста муња појављује на крају грмљавине у облику црвених светлећих кугли пречника од 10 до 20 центиметара. У ређим случајевима је и велика. На пример, фотографисана је муња пречника око 10 метара.

Лопта понекад може бити заслепљујуће бела и имати врло оштре обрисе. Кугласта муња обично производи шиштање, зујање или шиштање.

Лоптаста муња може тихо да бледи, али може да емитује слабашно пуцкетање или чак заглушујућу експлозију. Када нестане, често оставља маглу оштрог мириса. У близини земље или у затвореном простору, лоптаста муња се креће брзином човека који трчи - отприлике два метра у секунди.Може неко време да мирује, а тако „сталожена“ лопта шишти и баца варнице док не нестане. Понекад се чини да лоптаста муња покреће ветар, али обично је њено кретање независно од ветра.

Кугласте муње привлаче затворене просторе, где продиру кроз отворене прозоре или врата, а понекад и кроз мале пукотине. Цеви су добар начин за њих; зато ватрене лопте често излазе из рерни у кухињама. Након путовања по просторији, лопта муње напушта просторију, често излазећи истим путем којим је ушла.

Понекад се муња диже и спушта два или три пута на удаљености од неколико центиметара до неколико метара. Истовремено са овим успонима и падовима, ватрена лопта се понекад креће у хоризонталном правцу, а онда се чини да лоптаста муња скаче.

Често се куглична муња "насељава" на жицама, преферирајући највише тачке, или се котрља дуж жица, на пример, дуж дренажних цеви. Крећући се дуж тела људи, понекад испод одеће, ватрене лопте изазивају тешке опекотине, па чак и смрт. Постоји много описа случајева фаталних оштећења људи и животиња од удара грома. Топлотна муња може изазвати веома озбиљна оштећења зграда.

Где удара гром?

Пошто је муња електрично пражњење кроз дебљину изолатора – ваздуха, најчешће се јавља тамо где ће слој ваздуха између облака и било ког објекта на површини земље бити мањи. Директна запажања показују ово: гром има тенденцију да удари у високе звонике, јарболе, дрвеће и друге високе објекте.

Међутим, муња жури не само на високе објекте.Са два суседна јарбола једнаке висине, једног од дрвета, а другог од метала, који стоје недалеко један од другог, муње ће јурнути на метални. Ово ће се десити из два разлога: прво, метал проводи електричну енергију много боље од дрвета, чак и када је мокар. Друго, метални јарбол је добро повезан са земљом и електрична енергија са земље може слободније да тече ка јарболу током развоја лидера.

Ова последња околност се широко користи за заштиту различитих зграда од грома. Што је већа површина металног јарбола у контакту са земљом, лакше је струји из облака да прође у земљу.

Ово се може упоредити са начином на који се млаз течности сипа кроз левак у боцу. Ако је отвор у леву довољно велики, млаз ће ићи право у боцу. Ако је отвор у леву мали, течност ће почети да се прелива преко ивице левка и да се излива на под.

Гром може да удари чак и на равну површину земље, али истовремено јури тамо где је електрична проводљивост тла већа. Тако, на пример, влажну глину или мочвару удари гром пре него сув песак или каменито суво тло. Из истог разлога, муње удара у обале река и потока, преферирајући их него висока, али сува стабла која се уздижу у њиховој близини.

Ова карактеристика муње — да јури на добро уземљена и добро проводна тела — широко се користи за имплементацију различитих заштитних уређаја.