Elettricità atmosferica: peculiarità dell'evento, tipi di manifestazioni, protezione dal pericolo

Il complesso del movimento e dell'interazione delle cariche energetiche nel guscio terrestre, studiato da una sezione speciale di fisica, è chiamato elettricità atmosferica. Vengono studiati il ​​campo attorno a particelle e corpi carichi, che appare quando cambia l'induzione magnetica, il processo di formazione degli ioni, la capacità di generare corrente e condurla. Si sta studiando la possibilità delle particelle di partecipare all'interazione elettromagnetica e di produrre radiazioni.

Effetti elettrici nell'atmosfera

Tutte le manifestazioni sono interconnesse, la loro differenza è dovuta alle condizioni meteorologiche locali. L'area del concetto studiato comprende i processi che si verificano nella stratosfera (strati ad un'altitudine di 12-52 km) e nella troposfera (aria fuori terra con un'altezza da 8 a 18 km).

L'effetto dell'elettricità alla nascita dei fulmini è stato dimostrato, e questo spiega anche la comparsa di cariche, aurore con polarità diverse delle nuvole temporalesche. Strati atmosferici conduttivi ad un'altitudine di 55-100 km sono stati scoperti come risultato della ricerca e vengono studiati direttamente nel processo di sviluppo dell'astronautica.

La natura dell'elettrificazione delle nuvole in un temporale viene studiata al fine di subordinare il processo, utilizzarlo per l'attività umana e controllarlo intenzionalmente. Il riconoscimento del ruolo delle forze energetiche nella formazione delle nuvole riduce il pericolo di elettrificazione degli aerei e avvicina alla rivelazione del segreto del fulmine globulare.

Natura fisica

La riserva di energia sul guscio delle microparticelle d'acqua dura a lungo, i grani gradualmente pesanti formano lo strato inferiore della nuvola, il resto è concentrato nella parte superiore. L'integrità è mantenuta grazie alla proprietà dei diversi poli di essere attratti l'uno dall'altro. Quando le gocce si cristallizzano, trasformandole in petti di grandine o fiocchi di neve, si libera calore. Il vento colpisce le particelle l'una contro l'altra, l'indice di carica cambia e si genera un'ulteriore corrente di protoni.

Da ciò si può vedere che la corrente organizzata degli elettroni in condizioni statiche e nella regione atmosferica ha la stessa natura di accadimento, sebbene le scale del fenomeno e i poli delle particelle mobili siano diverse. La neve che cade a terra viene elettrizzata dall'impatto sulla superficie e sugli oggetti. Ciò si manifesta nel fatto che durante forti tempeste di neve in condizioni di temperature estremamente basse (al nord), lampi di colore viola scivolano attraverso le nuvole di neve e si incontra il bagliore di oggetti appuntiti. Gli stessi fenomeni, simili in natura, si osservano durante tempeste di sabbia e polvere di enorme forza.

Le cariche nelle nuvole sono distribuite su un sistema complesso. A volte una nuvola ha cariche diverse in due parti o è elettrificata positivamente o negativamente. Di conseguenza, vaste aree dell'atmosfera, che arrivano fino a diversi chilometri, hanno la stessa capacità di condurre energia. Il potenziale di una nuvola temporalesca si misura in decine di milioni di volt, a volte fino a un miliardo.

Fenomeno del fulmine

In un temporale, nel guscio dell'ozono si genera una scarica di energia scintillante, che si dichiara con un lampo di luce accecante e il successivo effetto sonoro. I luoghi in cui si formano i fulmini sono:

• nubi cumuliformi di pioggia;
• nuvole di pioggia a strati;
• aree di attività vulcanica;
• aree in cui compaiono tornado;
• regioni di tempeste di polvere.

Un diffuso tipo di fulmine lineare legato a scariche impulsive o ad alta frequenza in assenza di elettrodi nell'area di lavoro. Ecco come differiscono da una scarica di scintille nei gas tra conduttori di contatto con ioni. Proprietà del fulmine:

• lunghezza della scintilla superiore a diverse centinaia di metri;
• la scarica appare in campi energetici più deboli di quelli coinvolti nei processi interelettrodi;
• le cariche di miliardi di particelle isolate (entro pochi chilometri) vengono raccolte in millesimi di secondo;
• nei fulmini, l'elettricità si trasforma in luce, calore e suono, sorgono a rilassare una potente carica;
• la manica della cerniera ha un diametro di 1 cm;
• la corrente diretta degli elettroni al suo interno va da 10 a 100 kA, la temperatura all'interno è di circa 25 mila. gradi C, mentre il tempo di transito richiede secondi.

Divisione di cifre

I fenomeni che si verificano nelle nuvole temporalesche si distinguono sotto forma di fulmini all'interno della nuvola e quelli che colpiscono la superficie della terra. Per il loro aspetto, è necessaria la presenza di un campo elettromagnetico in una piccola nuvola con un certo valore della forza interna sotto l'influenza di vari fattori (1 MV / m). Nell'area circostante generale, la tensione dovrebbe avere un valore medio che supporti l'inizio della scarica (0,1-0,2 MV / m).

Le scariche lisce si riferiscono alla forma iniziale di fulmine nella troposfera; spesso formano un tronco non ramificato e uniforme. Questo fenomeno viene visualizzato con una natura cellulare di un temporale, parametri dell'aria instabili, durante un tornado. Spesso si manifesta un singolo impulso con una carica positiva.

I fulmini nube-terra sono lunghi (fino a 150 km), la loro frequenza aumenta con l'avvicinarsi all'equatore. Il fenomeno è accompagnato da un cambiamento negli spazi elettromagnetici attorno alle particelle e alle onde radio. Il pericolo di colpire un oggetto situato a terra aumenta con la sua altezza. La frequenza degli impatti è influenzata dalla capacità del terreno a una profondità sotto l'oggetto o sulla superficie circostante di condurre cariche.

Se c'è un campo nella nuvola che può supportare il fulmine, ma non c'è abbastanza energia per il suo aspetto, allora un oggetto o aereo conduttivo alto inizierà una scarica. Il fattore determinante è l'elettrificazione del corpo metallico. Più spesso, i fulmini tra cielo e terra sono provocati dalla pioggia e dai cumuli.

Scoppia negli strati superiori

Scariche speciali si verificano negli strati d'aria ad alta quota che circondano la terra. I flash istantanei sono caratterizzati da forme inaspettate o strati sfocati. Sono diretti verso la superficie o anche più in alto, che è visibile visivamente. Ci sono tipi di fulmini:

• enorme - elfi;
• coni - getti;
• sprite poco studiati.

Gli elfi sono visti come grandi fenomeni luminosi (400 km) a forma di cono. Scintillano debolmente e appaiono nella parte superiore della nuvola temporalesca. L'altezza del cono raggiunge i 100 km, la durata della visualizzazione varia da 3 a 5 ms.

I getti si osservano sotto forma di tubi o coni di colore blu, il loro bagliore è più luminoso degli elfi, ma l'altezza è inferiore (la regione della ionosfera dal suolo è di 42-70 km). Per la loro durata, possono essere visti entro 4-6 ms.

Gli sprite sono appena visibili, quasi indistinguibili, ma appaiono con tenacia in ogni tempesta. Poco si sa della natura fisica del fenomeno; è visivamente chiaro che la direzione del fulmine sale dalla nuvola. Gli scarichi compaiono ad un'altitudine di 52-135 km sopra la superficie del suolo.

Zarnitsy nel cielo

Lampi scintillanti istantanei appaiono all'orizzonte mentre un temporale attraversa luoghi lontani. Il suono del tuono non è udibile, solo il riflesso della pioggia e dei cumuli (cime) è determinato visivamente. L'effetto si verifica dopo la metà dell'estate al tramonto o di notte. Ai tropici, il fulmine è visibile non solo all'orizzonte, ma anche nel cielo sopra la testa dell'osservatore.

Le ragioni dell'apparizione sono nominate come segue:

• La luce riflette il vapore rarefatto nell'atmosfera, che non è visibile se visto dalla superficie della terra. Le scintille a lungo raggio vengono riflesse dalle particelle d'acqua più piccole e diventano visibili a distanza.
• A volte si verificano bagliori sotto le nuvole visibili a lunga distanza. I loro contorni diventano lo sfondo per il fulmine. Sono visibili i riflessi dei fulmini, ma non si sentono i tuoni a causa della notevole distanza.
• I temporali secchi non possono essere classificati come fulmini, ma sono simili nella visualizzazione. Quando si verifica il fenomeno, le scariche temporalesche si verificano in nuvole trasparenti e indistinguibili, più precisamente in un vapore altamente rarefatto, mentre non c'è accompagnamento sonoro.

Fattori di pericolo

Nelle nuvole le particelle sono presenti sotto forma di vapore, liquido o cristalli. Entrano nell'atmosfera dopo l'evaporazione dai corpi idrici. A causa del fatto che il flusso totale di protoni è diretto da particelle grandi a piccole, le gocce grandi sono caricate negativamente e quelle piccole - con un polo positivo.

Il fulmine è riconosciuto come un pericoloso fattore di alta potenza. Gli impatti diretti distruggono edifici, strutture, rocce alte, piantagioni, provocano incendi ed esplosioni imprevedibili, a volte portano alla morte di esseri viventi e persone. Sulla via del fulmine nell'oggetto, il liquido viene istantaneamente convertito in vapore ad alta pressione. L'azione dannosa è suddivisa in tipi:

• primario - a seguito della distruzione diretta di un oggetto o di un oggetto;
• secondario implica il verificarsi di alta induzione, potenti campi elettrici e magnetici o il trasferimento di alti potenziali negli edifici.

La carica elettrostatica di una nuvola temporalesca trasferisce la corrente opposta a un bersaglio isolato dalla superficie del suolo (attrezzatura interna, tetti metallici, cavi, reti radio). Il potenziale di consumo di energia rimane dopo la fine dell'impatto e si rilassa sugli oggetti vicini. Accende materiali combustibili, agisce su esplosivi e ferisce le persone che toccano oggetti carichi.

Protezione potenziale e induzione

Il livello di protezione di un oggetto dipende dal rischio di esplosione degli edifici ed è fornito dal design del dispositivo. Il pericolo degli edifici viene effettuato in conformità con le norme del PUE, ci sono tre gruppi di dispositivi di protezione contro i fulmini e due tipi di zone (A e B). Per le zone A è necessario intercettare il 99,6% dei fulmini, e nel territorio B viene impedito il 95% delle potenti scariche celesti.

L'induzione elettromagnetica entra nell'edificio dopo aver colpito un cavo, filo dall'esterno. La protezione viene effettuata mediante lo scarico di cariche nel suolo. Per questo, le apparecchiature metalliche interne sono collegate a terra con un livello di distribuzione della corrente definito.

I ponti sono posizionati tra le condutture e altre lunghe comunicazioni metalliche nei luoghi del loro approccio tecnologico. Distribuiscono e forniscono un flusso uniforme della corrente indotta senza generare cariche al circuito adiacente. Le barriere sono fornite ogni 20 m.

La prevenzione della deriva di potenziali con alti tassi all'interno degli edifici è organizzata dirigendo la corrente nell'area del suolo all'esterno dell'edificio. Per fare ciò, l'ingresso di fili, cavi e comunicazioni nella stanza è collegato a un dispositivo di protezione o collegato al circuito di messa a terra nella progettazione dell'impianto di distribuzione.

Tocchi fulminei

I parafulmini sono costruiti per ricevere la corrente dagli impulsi di energia del temporale e organizzarla per drenarla in un luogo sicuro sul terreno. Per la protezione sono installate aste verticali con cavi posizionate separatamente. La seconda opzione sono i rubinetti forniti sull'oggetto protetto stesso, ma isolati dal trasferimento di elettricità alle reti interne e alle comunicazioni metalliche.

La progettazione di una presa di corrente posizionata separatamente include i seguenti elementi strutturali:

• base (supporto) alta fino a 22-25 metri, il materiale è legno, metallo, cemento o cemento armato;
• ricevitore di potenti impulsi di energia in acciaio, la sua sezione trasversale non deve essere inferiore a 100 mm²;
• calata con una sezione trasversale superiore a 48 mm²;
• anello di terra.

Pertanto, una cintura appare sotto forma di un cono volumetrico, il cui punto più alto si trova nella parte superiore di un'asta verticale di metallo. La circonferenza della base del cono si trova a livello del suolo, il suo diametro dipende dall'altezza del parafulmine.

Un'altra opzione di protezione prevede l'installazione di elementi ad asta posizionati separatamente che non sono isolati dalle parti metalliche dell'oggetto. Queste possono essere funi o aste, mentre la scarica di elettricità indotta è organizzata dall'isolamento dal contatto con esseri umani e oggetti esplosivi.

Un esempio è la ricezione degli impulsi su una copertura metallica o su una grata in acciaio su di essa. Un prerequisito è il drenaggio del potenziale energetico nel terreno senza contatto con elettrodomestici e impianti.

È consentito sotto forma di calate utilizzare elementi metallici del telaio dell'edificio o scale di emergenza di evacuazione esterna sulle pareti. In questo caso, vengono calcolati gli indicatori di resistenza agli impulsi, i cui valori limite sono correlati con indicatori standard speciali.