Atmosfääri elekter: esinemise iseärasus, ilmingute liigid, kaitse ohu eest

Maakera energialaengute liikumise ja vastastikmõju kompleksi, mida uurib füüsika eriosa, nimetatakse atmosfäärielektriks. Uuritakse laetud osakeste ja kehade ümber olevat välja, mis tekib magnetinduktsiooni muutumisel, ioonide moodustumise protsessi, voolu genereerimise ja selle juhtimise võimet. Uuritakse osakeste võimalust osaleda elektromagnetilises vastasmõjus ja tekitada kiirgust.

Elektrilised mõjud atmosfääris

Kõik ilmingud on omavahel seotud, nende erinevus tuleneb kohalikest meteoroloogilistest tingimustest. Uuritud kontseptsiooni valdkond hõlmab stratosfääris (12-52 km kõrgused kihid) ja troposfääris (maapealne õhk kõrgusega 8-18 km) toimuvaid protsesse.

Elektri mõju välgu sünnil on tõestatud ja see seletab ka laengute, erineva polaarsusega äikesepilvede teket. Juhtivad atmosfäärikihid 55-100 km kõrgusel on avastatud uuringute tulemusena ja neid uuritakse otseselt astronautika arendamise protsessis.

Uuritakse pilvede elektriseerumise olemust äikesetormis, et protsessi allutada, kasutada inimtegevuseks ja sihipäraselt juhtida. Energeetiliste jõudude rolli teadvustamine pilvede tekkes vähendab lennukite elektriseerumisohtu ja viib keravälgu saladuse avalikustamisele lähemale.

Füüsiline olemus

Energiavaru vee mikroosakeste kestal säilib kaua, järk-järgult moodustavad rasked terad pilve alumise kihi, ülejäänud koonduvad ülemisse ossa. Terviklikkus säilib tänu erinevate pooluste omadusele olla üksteise külge tõmbunud. Kui tilgad kristalliseeruvad, muutes need rahe rindadeks või lumehelvesteks, eraldub soojust. Tuul lööb osakesed üksteise vastu, laenguindeks muutub ja tekib täiendav prootonivool.

Sellest on näha, et elektronide organiseeritud voolul staatilistes tingimustes ja atmosfääripiirkonnas on esinemise iseloom sama, kuigi nähtuse mastaabid ja liikuvate osakeste poolused on erinevad. Maapinnale langev lumi elektriseerub kokkupõrkest pinnale ja objektidele. See väljendub selles, et tugevate lumetormide ajal kriitiliselt madalate temperatuuride tingimustes (põhjas) libisevad läbi lumepilvede violetsed sähvatused ja tekib teravate esemete kuma. Samasuguseid, oma olemuselt sarnaseid nähtusi nähakse tohutu tugevusega liiva- ja tolmutormide ajal.

Pilvedes olevad laengud jagunevad keerulise süsteemi vahel. Mõnikord on pilvel erinevad laengud kahes osas või elektrifitseeritakse positiivselt või negatiivselt. Selle tulemusena on suurtel, kuni mitme kilomeetrini ulatuvatel atmosfääri aladel samasugune energiajuhtimise võime. Äikesepilve potentsiaali mõõdetakse kümnetes miljonites voltides, mõnikord kuni miljardini.

Välgu fenomen

Äikese korral tekib osoonikihis sädeenergialahendus, mis annab endast teada pimestava valguse välgu ja sellele järgneva heliefektiga. Kohad, kus välk tekib, on:

• vihmarünkpilved;
• kihilised vihmapilved;
• vulkaanilise tegevuse piirkonnad;
• piirkonnad, kus ilmuvad tornaadod;
• tolmutormide piirkonnad.

Laialt levinud lineaarse välgu tüüp, mis on seotud impulss- või kõrgsageduslahendusega elektroodide puudumisel tööpiirkonnas. Selle poolest erinevad need gaaside sädelahendusest ioonidega kontaktjuhtide vahel. Välgu omadused:

• sädeme pikkus üle mitmesaja meetri;
• tühjenemine ilmneb energiaväljades nõrgemalt kui elektroodidevahelistes protsessides osalevates;
• miljarditest isoleeritud osakestest (mõne kilomeetri raadiuses) kogutakse laengud sekundituhandikes;
• välkudes muutub elekter valguseks, soojuseks ja heliks, need tekivad võimsa laengu lõdvestamiseks;
• tõmblukuga varruka läbimõõt on 1 cm;
• elektronide suunatud vool selles on 10 kuni 100 kA, temperatuur sees on umbes 25 tuhat. kraadi C, samas kui transiidiaeg võtab sekundeid.

Numbrite jagamine

Äikesepilvedes esinevaid nähtusi eristatakse pilvesisene välguna ja maapinda tabavatena. Nende ilmumiseks on vajalik elektromagnetvälja olemasolu väikeses pilves, mille sisejõu teatud väärtus on erinevate tegurite mõjul (1 MV / m). Üldises ümbruskonnas peaks pingel olema tühjenemist toetav keskmine väärtus (0,1–0,2 MV / m).

Siledad heiteallikad viitavad välgu algkujule troposfääris, sageli moodustavad nad hargnemata ühtlase tüve. Seda nähtust visualiseeritakse äikese rakulise olemusega, ebastabiilsete õhuparameetritega tornaado ajal. Sageli avaldub üksainus positiivse laenguga impulss.

Pilv-maa välgud juhivad pikkuselt (kuni 150 km), nende esinemissagedus suureneb ekvaatorile lähenedes. Nähtusega kaasneb osakeste ja raadiolainete ümber asetsevate elektromagnetiliste ruumide muutumine. Maapinnal asuva objekti tabamise oht suureneb selle kõrgusega. Löökide sagedust mõjutab objekti all sügavusel või seda ümbritseval pinnal oleva pinnase võime laenguid juhtida.

Kui pilves on väli, mis suudab välku toetada, kuid selle ilmumiseks pole piisavalt jõudu, algatab kõrge juhtiv objekt või lennuk tühjenemise. Määravaks teguriks on metallkorpuse elektrifitseerimine. Sagedamini provotseerib välk taeva ja maa vahel vihmas ja rünkpilvedes.

Pursked ülemistes kihtides

Eriheitmed tekivad maad ümbritseva õhu kõrgmäestikukihtides. Kiirsähvatusi iseloomustavad ootamatud kujundid või udused kihid. Need on suunatud pinnale või veelgi ülespoole, mis on visuaalselt nähtav. Välku on erinevaid:

• tohutud - päkapikud;
• koonused - joad;
• väheuuritud spraidid.

Päkapikke nähakse suurte (400 km) valgusnähtustena koonuse kujul. Need sädevad nõrgalt ja ilmuvad äikesepilve ülemisse piirkonda. Koonuse kõrgus ulatub 100 km-ni, visualiseerimise kestus on 3–5 ms.

Jugasid vaadeldakse sinise värvi torude või koonuste kujul, nende sära on heledam kui päkapikutel, kuid kõrgus on väiksem (ionosfääri piirkond maapinnast on 42–70 km). Nende kestuse järgi on neid näha 4-6 ms jooksul.

Spraidid on nõrgalt nähtavad, peaaegu eristamatud, kuid nad ilmuvad visalt igas tormis. Nähtuse füüsilisest olemusest on vähe teada, visuaalselt on selge, et välgu suund läheb pilvest üles. Heited tekivad 52-135 km kõrgusel mullapinnast.

Zarnitsy taevas

Kui äikesetorm läbib kaugeid kohti, ilmuvad silmapiirile koheselt sädelevad sähvatused. Äikese heli pole kuuldav, visuaalselt määratakse ainult peegeldus vihmalt ja rünkpilvedelt (ladvad). Mõju ilmneb pärast suve keskpaika hämaras või öösel. Troopikas on välk nähtav mitte ainult silmapiiril, vaid ka taevas vaatleja pea kohal.

Välimuse põhjused on nimetatud järgmiselt:

• Valgus peegeldab atmosfääris haruldast auru, mis pole maapinnalt vaadates nähtav. Pikamaa sädemed peegelduvad väikseimatelt veeosakestelt ja muutuvad nähtavaks kaugelt.
• Mõnikord tekivad rakette pilvede all, mis on nähtavad pika vahemaa tagant. Nende kontuurid muutuvad välgu taustaks. Välgu peegeldusi on näha, kuid äikest ei ole kuulda märkimisväärse vahemaa tõttu.
• Kuivi äikest ei saa liigitada välguks, kuid need on visualiseerimisel sarnased. Nähtuse ilmnemisel tekivad äikeselahendused läbipaistvates ja eristamatutes pilvedes, täpsemalt üliharuldase auruna, samas kui helisaade puudub.

Ohutegurid

Pilvedes esinevad osakesed auru, vedeliku või kristallidena. Nad satuvad atmosfääri pärast veekogudest aurustumist. Tulenevalt asjaolust, et prootonite koguvoog suunatakse suurtelt osakestelt väikestele, on suured tilgad negatiivselt laetud ja väikesed - positiivse poolusega.

Välk on tunnistatud suure võimsusega ohtlikuks teguriks. Otsesed mõjud hävitavad hooneid, rajatisi, kõrgeid kive, istutusi, põhjustavad tulekahjusid ja ettearvamatuid plahvatusi, mõnikord põhjustavad elusolendite ja inimeste surma. Välgu teel objektis muutub vedelik kõrge rõhuga hetkega auruks. Kahjustav toime jaguneb tüüpideks:

• esmane - objekti või objekti otsese hävitamise tagajärjel;
• sekundaarne tähendab kõrge induktsiooni, võimsate elektri- ja magnetväljade esinemist või suure potentsiaali ülekandmist hoonetesse.

Äikesepilve elektrostaatiline laeng kannab vastupidise voolu mullapinnast eraldatud sihtmärgile (siseseadmed, metallkatused, juhtmed, raadiovõrgud). Energiat tarbiv potentsiaal jääb pärast löögi lõppu alles ja lõdvestub lähedastel objektidel. See süütab põlevaid materjale, mõjub lõhkeainetele ja vigastab inimesi, kes puudutavad laetud esemeid.

Potentsiaali- ja induktsioonikaitse

Objekti kaitsetase sõltub hoonete plahvatusohust ja selle tagab seadme konstruktsioon. Hoonete ohtlikkus viiakse läbi vastavalt PUE normidele, piksekaitseseadmeid on kolm rühma ja kahte tüüpi tsoone (A ja B). Tsoonides A on vaja pealtkuulamist 99,6% välgust ja territooriumil B on takistatud 95% võimsatest taevalahendustest.

Elektromagnetiline induktsioon siseneb hoonesse pärast kaabli, juhtme tabamist väljastpoolt. Kaitse viiakse läbi laengute pinnasesse juhtimisega. Selleks ühendatakse sisemised metallseadmed kindlaksmääratud voolujaotustasemega maandusega.

Sillad paigutatakse torustike ja muude pikkade metallkommunikatsioonide vahele nende tehnoloogilise lähenemise kohtades. Need jaotavad ja tagavad indutseeritud voolu ühtlase voolu ilma külgnevasse vooluringi laenguid tekitamata. Iga 20 m järel on tõkked.

Hoonete sees asuvate suure kiirusega potentsiaalide triivi vältimine korraldatakse voolu juhtimisega hoonest väljaspool asuvasse pinnasesse. Selleks ühendatakse jaotuspaigaldise projekteerimisel juhtmete, kaablite ja kommunikatsioonide sisend ruumi kaitseseadmega või maanduskontuuriga.

Välk koputab

Piksevardad on konstrueeritud vastu võtma äikeseenergia impulssidest voolu ja korraldama selle ärajuhtimiseks maapinnal ohutusse kohta. Kaitseks on paigaldatud eraldi asetsevad vertikaalsed vardad koos kaablitega. Teine võimalus on kaitseobjektil endal olevad kraanid, mis on eraldatud elektri ülekandest sisevõrkudesse ja metallkommunikatsioonidesse.

Eraldi paikneva pikseväljundi disain sisaldab järgmisi konstruktsioonielemente:

• alus (tugi) kuni 22-25 meetri kõrgune, materjaliks puit, metall, betoon või raudbetoon;
• terasest võimsate energiaimpulsside vastuvõtja, selle ristlõige ei tohiks olla väiksem kui 100 mm²;
• allavoolu juht ristlõike pindalaga üle 48 mm²;
• maandussilmus.

Seega ilmub vöö mahukoonuse kujul, mille kõrgeim punkt on metallist vertikaalse varda ülaosas. Koonuse aluse ümbermõõt asub maapinna tasemel, selle läbimõõt sõltub piksepüüdja ​​kõrgusest.

Teine kaitsevõimalus näeb ette eraldi asetsevate vardaelementide paigaldamise, mis ei ole objekti metallosadest isoleeritud. Need võivad olla köied või vardad, samas kui indutseeritud elektri tühjendamine on korraldatud isoleerituna kokkupuutest inimeste ja plahvatusohtlike objektidega.

Näitena võib tuua impulsside vastuvõtmise metallist katusekattel või sellel olevale terasrestile. Eelduseks on energiapotentsiaali ärajuhtimine maapinnale ilma kodumasinate ja -paigaldistega kokku puutumata.

Alusjuhtmete kujul on lubatud seintel kasutada konstruktsiooni raami metallelemente või välise evakuatsiooni avariitreppe. Sel juhul arvutatakse impulsi takistuse näitajad, mille piirväärtused on korrelatsioonis spetsiaalsete standardnäitajatega.