Atmosférická elektřina: zvláštnost výskytu, druhy projevů, ochrana před nebezpečím

Komplex pohybu a interakce energetických nábojů v zemském obalu, který studuje speciální sekce fyziky, se nazývá atmosférická elektřina. Zkoumá se pole kolem nabitých částic a těles, které vzniká při změně magnetické indukce, proces tvorby iontů, schopnost generovat proud a vést jej. Studuje se možnost částic účastnit se elektromagnetické interakce a produkovat záření.

Elektrické jevy v atmosféře

Všechny projevy jsou vzájemně propojené, jejich odlišnost je dána místními meteorologickými podmínkami. Oblast studovaného konceptu zahrnuje procesy probíhající ve stratosféře (vrstvy v nadmořské výšce 12-52 km) a troposféře (nadzemní vzduch s výškou 8 až 18 km).

Vliv elektřiny při zrodu blesku byl prokázán a tím se také vysvětluje vznik nábojů, polární záře s různou polaritou bouřkových mraků. Vodivé vrstvy atmosféry ve výšce 55-100 km byly objeveny jako výsledek výzkumu a jsou studovány přímo v procesu vývoje kosmonautiky.

Povaha elektrifikace mraků v bouřce je zkoumána za účelem podřízení procesu, jeho využití pro lidskou činnost a cíleného řízení. Poznání role energetických sil při tvorbě mraků snižuje nebezpečí elektrifikace letadel a přibližuje odhalení tajemství kulového blesku.

Fyzická povaha

Zásoba energie na obalu vodních mikročástic vydrží dlouho, postupně těžká zrna tvoří spodní vrstvu oblaku, zbytek se koncentruje v horní části. Integrita je zachována díky vlastnosti různých pólů být k sobě přitahovány. Když kapky krystalizují a mění je na kroupy nebo sněhové vločky, uvolňuje se teplo. Vítr naráží částice proti sobě, mění se index náboje a vzniká další protonový proud.

Z toho je vidět, že organizovaný proud elektronů ve statických podmínkách a v atmosférické oblasti má stejný charakter výskytu, i když měřítka jevu a póly pohyblivých částic jsou různé. Sníh padající na zem je elektrifikován nárazem na povrch a předměty. To se projevuje tím, že při silných sněhových bouřích v podmínkách kriticky nízkých teplot (na severu) proklouzávají sněhové mraky fialové záblesky a dochází k záři ostrých předmětů. Stejné jevy, podobné povahy, jsou vidět během písečných a prachových bouří obrovské síly.

Náboje v oblacích jsou distribuovány v komplexním systému. Někdy má oblak různé náboje ve dvou částech nebo je elektrifikován pozitivně nebo negativně. Výsledkem je, že velké oblasti atmosféry dosahující až několika kilometrů mají stejnou schopnost vést energii. Potenciál bouřkového mraku se měří v desítkách milionů voltů, někdy až v miliardě.

Jev blesku

Při bouřce vzniká v ozonovém obalu výboj energie jiskry, která se ohlásí zábleskem oslepujícího světla a následným zvukovým efektem. Místa, kde se tvoří blesky, jsou:

• dešťové kupovité mraky;
• vrstvené dešťové mraky;
• oblasti sopečné činnosti;
• oblasti, kde se objevují tornáda;
• oblasti prachových bouří.

Rozšířený typ lineárního blesku související s impulsními nebo vysokofrekvenčními výboji v nepřítomnosti elektrod v pracovní oblasti. Tím se liší od jiskrového výboje v plynech mezi kontaktními vodiči s ionty. Vlastnosti blesku:

• délka jiskry více než několik set metrů;
• výboj se objevuje v energetických polích slabších než ty, které se účastní mezielektrodových procesů;
• náboje z miliard izolovaných částic (v okruhu několika kilometrů) se shromažďují v tisícinách sekundy;
• v blesku se elektřina mění ve světlo, teplo a zvuk, vznikají k uvolnění silného náboje;
• rukáv zipu má průměr 1 cm;
• stejnosměrný proud elektronů v něm je od 10 do 100 kA, teplota uvnitř je asi 25 tis. stupňů C, zatímco doba přepravy trvá sekund.

Dělení číslic

Jevy, které se vyskytují v bouřkových mracích, se rozlišují ve formě blesků uvnitř mraku a těch, které dopadají na povrch země. Pro jejich vzhled je nutná přítomnost elektromagnetického pole v malém oblaku s určitou hodnotou vnitřní síly pod vlivem různých faktorů (1 MV / m). V obecném okolí by napětí mělo mít průměrnou hodnotu podporující iniciaci výboje (0,1–0,2 MV/m).

Hladké výboje označují počáteční formu blesku v troposféře, často tvoří nerozvětvený, rovnoměrný kmen. Tento jev je vizualizován s buněčnou povahou bouřky, nestabilními parametry vzduchu, během tornáda. Často se projevuje jediný impuls s kladným nábojem.

Blesky typu cloud-to-ground vedou v délce (až 150 km), četnost jejich výskytu stoupá s přibližováním se k rovníku. Jev je doprovázen změnou elektromagnetických prostorů kolem částic a rádiových vln. Nebezpečí nárazu do předmětu umístěného na zemi se zvyšuje s jeho výškou. Četnost dopadů je ovlivněna schopností zeminy v hloubce pod objektem nebo na povrchu kolem něj vést náboje.

Pokud je v mraku pole, které může podporovat blesk, ale není dostatek energie pro jeho vzhled, pak vysoký vodivý předmět nebo letadlo iniciuje výboj. Určujícím faktorem je elektrifikace kovového těla. Častěji jsou blesky mezi nebem a zemí vyvolávány v dešti a kupovitých mracích.

V horních vrstvách praskne

Zvláštní výboje vznikají ve vysokohorských vrstvách vzduchu obklopujících Zemi. Okamžité záblesky se vyznačují neočekávanými tvary nebo rozmazanými vrstvami. Jsou nasměrovány k povrchu nebo ještě dále nahoru, což je viditelné vizuálně. Existují typy blesků:

• obrovský - elfové;
• kužely - trysky;
• málo prostudovaní skřítci.

Elfové jsou vnímáni jako velké (400 km) světelné úkazy v podobě kužele. Slabě jiskří a objevují se v horní oblasti bouřkového mraku. Výška kužele dosahuje 100 km, doba trvání vizualizace se pohybuje od 3 do 5 ms.

Výtrysky jsou pozorovány ve formě trubic nebo kuželů modré barvy, jejich záře je jasnější než u elfů, ale výška je menší (oblast ionosféry nad zemí je 42-70 km). Podle jejich trvání jsou vidět během 4-6 ms.

Skřítci jsou slabě viditelní, téměř k nerozeznání, ale objevují se s houževnatostí v každé bouři. O fyzikální povaze jevu je známo jen málo, vizuálně je jasné, že směr blesku jde z mraku nahoru. Výboje se objevují ve výšce 52-135 km nad povrchem půdy.

Zarnitsy na obloze

Okamžité jiskřivé záblesky se objevují na obzoru, když bouřka prochází vzdálenými místy. Zvuk hromu není slyšitelný, vizuálně je určen pouze odraz od deště a kupovitých mraků (vrcholů). Účinek nastává po polovině léta za soumraku nebo v noci. V tropech jsou blesky vidět nejen na obzoru, ale i na obloze nad hlavou pozorovatele.

Důvody vzhledu jsou pojmenovány takto:

• Světlo se odráží od řídké páry v atmosféře, která není při pohledu z povrchu Země vidět. Dálkové jiskry se odrážejí od nejmenších částeček vody a jsou viditelné na velkou vzdálenost.
• Někdy dochází k zábleskům pod mraky, které jsou viditelné na velkou vzdálenost. Jejich obrysy se stávají kulisou pro blesk. Odrazy blesků jsou viditelné, ale hromy nejsou slyšet kvůli značné vzdálenosti.
• Suché bouřky nelze kategorizovat jako blesky, ale ve vizualizaci jsou podobné. Když jev nastane, bouřkové výboje se vyskytují v průhledných a nerozeznatelných mracích, přesněji ve vysoce řídké páře, přičemž neexistuje žádný zvukový doprovod.

Nebezpečné faktory

V oblacích jsou částice přítomny ve formě páry, kapaliny nebo krystalů. Do atmosféry se dostávají po odpaření z vodních ploch. Vzhledem k tomu, že celkový tok protonů směřuje od velkých částic k malým, velké kapky jsou záporně nabité a malé - s kladným pólem.

Blesk je považován za nebezpečný faktor vysoké síly. Přímé dopady ničí budovy, stavby, vysoké skály, výsadbu, způsobují požáry a nepředvídatelné výbuchy, někdy vedou ke smrti živých bytostí a lidí. Na cestě blesku v objektu se kapalina okamžitě přemění na páru s vysokým tlakem. Škodlivá akce je rozdělena do typů:

• primární - v důsledku přímého zničení předmětu nebo předmětu;
• sekundární znamená výskyt vysoké indukce, silných elektrických a magnetických polí nebo přenos vysokých potenciálů do budov.

Elektrostatický náboj bouřkového mraku přenáší opačný proud na cíl izolovaný od povrchu půdy (vnitřní zařízení, kovové střechy, dráty, rádiové sítě). Potenciál spotřeby energie zůstává i po skončení dopadu a uvolňuje se na blízkých předmětech. Zapaluje hořlavé materiály, působí na výbušniny a zraňuje osoby, které se dotknou nabitých předmětů.

Potenciální a indukční ochrana

Úroveň ochrany objektu závisí na nebezpečí výbuchu budov a je dána konstrukcí zařízení. Nebezpečí budov se provádí v souladu s normami PUE, existují tři skupiny zařízení ochrany před bleskem a dva typy zón (A a B). Pro zóny A je požadováno zachycení 99,6 % blesků a na území B je zabráněno 95 % silných nebeských výbojů.

Elektromagnetická indukce vstupuje do budovy po nárazu na kabel, drát zvenčí. Ochrana se provádí vypouštěním náloží do půdy. K tomu je vnitřní kovové zařízení připojeno k zemi s definovanou úrovní distribuce proudu.

Mosty se umisťují mezi potrubí a další zdlouhavé kovové komunikace v místech jejich technologického přístupu. Rozvádějí a zajišťují rovnoměrný tok indukovaného proudu, aniž by generovaly náboje do sousedního obvodu. Závory jsou umístěny každých 20 m.

Prevence driftu potenciálů s vysokou mírou uvnitř budov je organizována nasměrováním proudu do oblasti půdy mimo budovu. K tomu je vstup vodičů, kabelů a komunikací do místnosti připojen k ochrannému zařízení nebo připojen k zemnící smyčce v návrhu rozvodné instalace.

Bleskové kohoutky

Bleskosvody jsou konstruovány tak, aby přijímaly proud z energetických impulsů bouřky a organizovaly jej tak, aby jej odváděly na bezpečné místo na zemi. Pro ochranu jsou instalovány samostatně umístěné vertikální tyče s kabely. Druhou možností jsou odbočky umístěné na samotném chráněném objektu, ale izolované od přenosu elektřiny do vnitřních sítí a kovových komunikací.

Konstrukce samostatně umístěného vývodu blesku zahrnuje následující konstrukční prvky:

• základna (podpěra) vysoká až 22-25 metrů, materiálem je dřevo, kov, beton nebo železobeton;
• přijímač silných pulsů energie vyrobený z oceli, jeho průřez by neměl být menší než 100 mm²;
• spodní vodič s průřezem větším než 48 mm²;
• zemní smyčka.

Pás se tak objevuje ve formě objemového kužele, jehož nejvyšší bod je na vrcholu kovové svislé tyče. Obvod základny kužele je umístěn na úrovni půdy, její průměr závisí na výšce lapače blesků.

Další možností ochrany je instalace samostatně umístěných tyčových prvků, které nejsou izolovány od kovových částí objektu. Mohou to být lana nebo tyče, přičemž výboj indukované elektřiny je organizován izolací od kontaktu s lidmi a výbušnými předměty.

Příkladem je příjem pulzů na plechové střešní krytině nebo na ocelovém roštu na ní. Předpokladem je odvod energetického potenciálu do země bez kontaktu s domácími spotřebiči a instalacemi.

Ve formě svodů je povoleno používat kovové prvky rámu budovy nebo nouzové schodiště vnější evakuace na stěnách. V tomto případě se vypočítávají indikátory impulzního odporu, jejichž mezní hodnoty jsou korelovány se speciálními standardními indikátory.