Elektryczność atmosferyczna: specyfika występowania, rodzaje przejawów, ochrona przed niebezpieczeństwem

Kompleks ruchu i interakcji ładunków energetycznych w powłoce ziemskiej, badany przez specjalny dział fizyki, nazywa się elektrycznością atmosferyczną. Badane jest pole wokół naładowanych cząstek i ciał, które pojawia się, gdy zmienia się indukcja magnetyczna, proces powstawania jonów, zdolność generowania prądu i przewodzenia go. Badana jest możliwość udziału cząstek w oddziaływaniach elektromagnetycznych i wytwarzania promieniowania.

Efekty elektryczne w atmosferze

Wszystkie manifestacje są ze sobą połączone, ich różnica wynika z lokalnych warunków meteorologicznych. Obszar badanej koncepcji obejmuje procesy zachodzące w stratosferze (warstwy na wysokości 12-52 km) i troposferze (powietrze naziemne o wysokości od 8 do 18 km).

Udowodniono wpływ elektryczności na narodziny błyskawicy, co wyjaśnia również pojawienie się ładunków, zórz polarnych o różnej polaryzacji chmur burzowych. Przewodzące warstwy atmosfery na wysokości 55-100 km zostały odkryte w wyniku badań i są badane bezpośrednio w procesie rozwoju astronautyki.

Bada się naturę elektryfikacji chmur podczas burzy, aby podporządkować ten proces, wykorzystać go do działalności człowieka i celowo go kontrolować. Uznanie roli sił energetycznych w tworzeniu się chmur zmniejsza niebezpieczeństwo elektryfikacji samolotu i przybliża do ujawnienia tajemnicy piorunów kulistych.

Fizyczna natura

Zapas energii na powłoce mikrocząstek wody utrzymuje się przez długi czas, stopniowo ciężkie ziarna tworzą dolną warstwę chmury, reszta koncentruje się w górnej części. Integralność jest utrzymywana dzięki właściwości przyciągania się różnych biegunów. Gdy krople krystalizują, zamieniając je w piersi gradowe lub płatki śniegu, uwalniane jest ciepło. Wiatr uderza cząstki o siebie, zmienia się wskaźnik ładunku i powstaje dodatkowy prąd protonowy.

Widać z tego, że zorganizowany prąd elektronów w warunkach statycznych iw obszarze atmosferycznym ma ten sam charakter występowania, chociaż skale zjawiska i bieguny ruchomych cząstek są różne. Śnieg spadający na ziemię jest naelektryzowany od uderzenia o powierzchnię i przedmioty. Przejawia się to tym, że podczas silnych śnieżyc w warunkach krytycznie niskich temperatur (na północy) przez chmury śniegu przemykają fioletowe błyski i napotyka się poświatę ostrych przedmiotów. Te same zjawiska, o podobnym charakterze, obserwujemy podczas burz piaskowych i piaskowych o ogromnej sile.

Opłaty w chmurach są rozłożone w złożonym systemie. Czasami chmura ma różne ładunki w dwóch częściach lub jest naelektryzowana dodatnio lub ujemnie. W efekcie duże obszary atmosfery, sięgające nawet kilku kilometrów, mają taką samą zdolność przewodzenia energii. Potencjał chmury burzowej mierzony jest w dziesiątkach milionów woltów, a czasem nawet w miliardach.

Zjawisko pioruna

Podczas burzy w powłoce ozonowej powstaje wyładowanie energii iskry, które deklaruje się błyskiem oślepiającego światła i następującym po nim efektem dźwiękowym. Miejscami powstawania piorunów są:

• deszczowe chmury cumulusowe;
• warstwowe chmury deszczowe;
• obszary aktywności wulkanicznej;
• obszary, w których pojawiają się tornada;
• regiony burz piaskowych.

Powszechny typ wyładowań liniowych związany z wyładowaniami impulsowymi lub o wysokiej częstotliwości w przypadku braku elektrod w obszarze roboczym. Tym różnią się one od wyładowania iskrowego w gazach między przewodnikami stykowymi z jonami. Właściwości błyskawic:

• długość iskry ponad kilkaset metrów;
• wyładowanie pojawia się w polach energetycznych słabszych niż te zaangażowane w procesy międzyelektrodowe;
• ładunki z miliardów izolowanych cząstek (w promieniu kilku kilometrów) są zbierane w tysięcznych częściach sekundy;
• w błyskawicy elektryczność zamienia się w światło, ciepło i dźwięk, powstają, aby rozluźnić potężny ładunek;
• rękaw zapinany na zamek ma średnicę 1 cm;
• ukierunkowany prąd elektronów w nim wynosi od 10 do 100 kA, temperatura wewnątrz wynosi około 25 tys. stopni C, a czas przejścia zajmuje sekundy.

Dzielenie cyfr

Zjawiska zachodzące w chmurach burzowych wyróżnia się w postaci błyskawicy wewnątrz chmury oraz tych, które uderzają w powierzchnię ziemi. Do ich pojawienia się konieczna jest obecność pola elektromagnetycznego w małej chmurze o określonej wartości siły wewnętrznej pod wpływem różnych czynników (1 MV / m). W ogólnym otoczeniu napięcie powinno mieć średnią wartość wspierającą inicjację wyładowania (0,1–0,2 MV/m).

Gładkie wyładowania odnoszą się do początkowej formy błyskawicy w troposferze, często tworzą nierozgałęziony, równy pień. Zjawisko to jest wizualizowane komórkową naturą burzy, niestabilnymi parametrami powietrza podczas tornada. Często pojawia się pojedynczy impuls z ładunkiem dodatnim.

Błyskawice z chmury do ziemi prowadzą długością (do 150 km), częstotliwość ich występowania wzrasta wraz ze zbliżaniem się do równika. Zjawisku towarzyszy zmiana przestrzeni elektromagnetycznych wokół cząstek i fal radiowych. Niebezpieczeństwo uderzenia przedmiotu znajdującego się na ziemi wzrasta wraz z jego wysokością. Na częstotliwość uderzeń wpływa zdolność gruntu na głębokości pod obiektem lub na otaczającej go powierzchni do przewodzenia ładunków.

Jeśli w chmurze znajduje się pole, które może wspierać piorun, ale nie ma wystarczającej mocy, aby się pojawiło, wysoki przewodzący obiekt lub samolot zainicjuje wyładowanie. Czynnikiem decydującym jest elektryfikacja metalowego korpusu. Częściej piorun między niebem a ziemią wywoływany jest w deszczu i chmurach cumulusowych.

Pęki w górnych warstwach

Specjalne wyładowania powstają w wysoko położonych warstwach powietrza otaczającego ziemię. Błyski błyskawiczne charakteryzują się nieoczekiwanymi kształtami lub rozmytymi warstwami. Są skierowane na powierzchnię lub jeszcze dalej w górę, co jest widoczne wizualnie. Istnieją rodzaje piorunów:

• ogromny - elfy;
• szyszki - dysze;
• mało zbadane duszki.

Elfy są postrzegane jako duże (400 km) zjawiska świetlne w formie stożka. Słabo świecą i pojawiają się w górnej części chmury burzowej. Wysokość stożka sięga 100 km, czas trwania wizualizacji waha się od 3 do 5 ms.

Dżety obserwuje się w postaci rurek lub stożków koloru niebieskiego, ich blask jest jaśniejszy niż u elfów, ale wysokość jest mniejsza (obszar jonosfery nad ziemią wynosi 42-70 km). Ze względu na czas ich trwania można je zobaczyć w ciągu 4-6 ms.

Sprite'y są słabo widoczne, prawie nie do odróżnienia, ale pojawiają się z wytrwałością w każdej burzy. Niewiele wiadomo o fizycznej naturze tego zjawiska, wizualnie jest jasne, że kierunek wyładowania atmosferycznego wznosi się z chmury. Wyładowania pojawiają się na wysokości 52-135 km nad powierzchnią gleby.

Żarnicy na niebie

Na horyzoncie pojawiają się natychmiastowe, iskrzące się błyski, gdy burza przechodzi przez odległe miejsca. Odgłos grzmotu nie jest słyszalny, jedynie odbicie od chmur deszczowych i cumulusów (wierzchołki) jest określane wizualnie. Efekt pojawia się po środku lata o zmierzchu lub w nocy. W tropikach błyskawice widoczne są nie tylko na horyzoncie, ale także na niebie nad głową obserwatora.

Powody pojawienia się są nazwane w następujący sposób:

• Światło odbija się od rozrzedzonej pary w atmosferze, co nie jest widoczne z powierzchni ziemi. Iskry dalekiego zasięgu odbijają się od najmniejszych cząsteczek wody i stają się widoczne z dużej odległości.
• Czasami rozbłyski pojawiają się pod chmurami, które są widoczne z dużej odległości. Ich kontury stają się tłem dla błyskawic. Odbicia piorunów są widoczne, ale grzmotów nie słychać ze względu na znaczną odległość.
• Suche burze nie mogą być klasyfikowane jako błyskawice, ale są one podobne w wizualizacji. Kiedy to zjawisko występuje, wyładowania burzowe występują w przezroczystych i nieodróżnialnych chmurach, a dokładniej w bardzo rozrzedzonej parze, bez akompaniamentu dźwiękowego.

Czynniki zagrożenia

W chmurach cząstki występują w postaci pary, cieczy lub kryształów. Do atmosfery przedostają się po odparowaniu ze zbiorników wodnych. Ze względu na to, że całkowity strumień protonów jest kierowany z dużych cząstek na małe, duże krople są naładowane ujemnie, a małe - z biegunem dodatnim.

Błyskawica jest uznawana za niebezpieczny czynnik dużej mocy. Uderzenia bezpośrednie niszczą budynki, konstrukcje, wysokie skały, nasadzenia, powodują pożary i nieprzewidywalne eksplozje, czasami prowadzą do śmierci żywych istot i ludzi. Na drodze błyskawicy w obiekcie ciecz natychmiast zamienia się w parę pod wysokim ciśnieniem. Działanie niszczące dzieli się na typy:

• pierwotny - w wyniku bezpośredniego zniszczenia przedmiotu lub przedmiotu;
• wtórny oznacza występowanie wysokiej indukcji, silnych pól elektrycznych i magnetycznych lub przenoszenie wysokich potencjałów do budynków.

Ładunek elektrostatyczny chmury burzowej przenosi przeciwny prąd do celu odizolowanego od powierzchni gleby (wyposażenie wewnętrzne, metalowe dachy, przewody, sieci radiowe). Potencjał energochłonny pozostaje po zakończeniu uderzenia i relaksuje się na bliskich obiektach. Zapala materiały palne, działa na materiały wybuchowe i rani ludzi, którzy dotykają naładowanych przedmiotów.

Ochrona potencjałowa i indukcyjna

Poziom ochrony obiektu zależny jest od zagrożenia wybuchem budynków i wynika z konstrukcji urządzenia. Zagrożenie budynków odbywa się zgodnie z normami PUE, istnieją trzy grupy urządzeń odgromowych i dwa rodzaje stref (A i B). W strefach A wymagane jest przechwycenie 99,6% wyładowań atmosferycznych, a na terytorium B zapobiega się 95% silnych wyładowań na niebie.

Indukcja elektromagnetyczna wchodzi do budynku po uderzeniu w kabel, przewód z zewnątrz. Ochrona odbywa się poprzez odprowadzanie ładunków do gleby. W tym celu wewnętrzny sprzęt metalowy jest podłączony do uziemienia o określonym poziomie dystrybucji prądu.

Mosty są umieszczane między rurociągami i innymi długimi metalowymi komunikacją w miejscach ich technologicznego podejścia. Rozprowadzają i zapewniają równomierny przepływ indukowanego prądu bez generowania ładunków do sąsiedniego obwodu. Barierki rozmieszczone są co 20 m.

Zapobieganie dryfowaniu potencjałów o wysokich wartościach wewnątrz budynków jest organizowane poprzez kierowanie prądu do obszaru gruntu na zewnątrz budynku. W tym celu wejście przewodów, kabli i komunikacji do pomieszczenia jest podłączone do urządzenia ochronnego lub podłączone do pętli uziemiającej w projekcie instalacji dystrybucyjnej.

Błyskawica krany

Piorunochrony są skonstruowane tak, aby odbierać prąd z impulsów energii burzy i organizować go w celu odprowadzenia go w bezpieczne miejsce na ziemi. W celu ochrony instalowane są oddzielnie umieszczone pionowe pręty z kablami. Drugą opcją są krany zapewnione w samym chronionym obiekcie, ale odizolowane od przesyłania energii elektrycznej do sieci wewnętrznych i komunikacji metalowej.

Projekt osobno zlokalizowanego wylotu odgromowego obejmuje następujące elementy konstrukcyjne:

• podstawa (podpora) o wysokości do 22-25 metrów, materiałem jest drewno, metal, beton lub żelbet;
• odbiornik potężnych impulsów energii wykonany ze stali, jego przekrój nie powinien być mniejszy niż 100 mm²;
• przewód odprowadzający o powierzchni przekroju ponad 48 mm²;
• Pętla uziemienia.

Tak więc pasek pojawia się w postaci stożka wolumetrycznego, którego najwyższy punkt znajduje się na szczycie metalowego pionowego pręta. Obwód podstawy stożka znajduje się na poziomie gruntu, jego średnica zależy od wysokości łapacza piorunów.

Inna opcja ochrony przewiduje instalację oddzielnie umieszczonych elementów prętowych, które nie są odizolowane od metalowych części obiektu. Mogą to być liny lub pręty, natomiast odprowadzenie indukowanej elektryczności jest zorganizowane przez izolację od kontaktu z ludźmi i przedmiotami wybuchowymi.

Przykładem jest odbiór impulsów na metalowym pokryciu dachu lub na stalowej siatce. Warunkiem jest odprowadzenie potencjału energetycznego do gruntu bez kontaktu z urządzeniami i instalacjami gospodarstwa domowego.

Dopuszcza się stosowanie na ścianach w postaci przewodów odprowadzających metalowych elementów szkieletu budynku lub schodów ewakuacyjnych zewnętrznej ewakuacji. W tym przypadku obliczane są wskaźniki rezystancji impulsowej, których wartości graniczne są skorelowane ze specjalnymi wskaźnikami standardowymi.