Atmosférická elektrina: zvláštnosť výskytu, typy prejavov, ochrana pred nebezpečenstvom

Komplex pohybu a interakcie energetických nábojov v zemskom obale, ktorý študuje špeciálna sekcia fyziky, sa nazýva atmosférická elektrina. Skúma sa pole okolo nabitých častíc a telies, ktoré vzniká pri zmene magnetickej indukcie, proces tvorby iónov, schopnosť generovať prúd a viesť ho. Skúma sa možnosť častíc podieľať sa na elektromagnetickej interakcii a produkovať žiarenie.

Elektrické účinky v atmosfére

Všetky prejavy sú vzájomne prepojené, ich rozdiel je spôsobený miestnymi meteorologickými podmienkami. Oblasť skúmaného konceptu zahŕňa procesy prebiehajúce v stratosfére (vrstvy v nadmorskej výške 12-52 km) a troposfére (nadzemný vzduch s výškou 8 až 18 km).

Účinok elektriny pri zrode blesku bol dokázaný a to vysvetľuje aj vznik nábojov, polárnych žiar s rôznou polaritou búrkových oblakov. Vodivé vrstvy atmosféry v nadmorskej výške 55-100 km boli objavené ako výsledok výskumu a sú študované priamo v procese vývoja astronautiky.

Povaha elektrifikácie oblakov v búrke sa skúma s cieľom podriadiť proces, využiť ho na ľudskú činnosť a cieľavedome ho riadiť. Uznanie úlohy energetických síl pri tvorbe oblakov znižuje nebezpečenstvo elektrifikácie lietadiel a približuje odhalenie tajomstva guľového blesku.

Fyzická povaha

Zásoba energie na obale vodných mikročastíc trvá dlho, postupne ťažké zrná tvoria spodnú vrstvu oblaku, zvyšok sa sústreďuje v hornej časti. Integrita je zachovaná vďaka vlastnosti rôznych pólov navzájom sa priťahovať. Keď kvapky skryštalizujú a premenia ich na krupobitie alebo snehové vločky, uvoľní sa teplo. Vietor naráža častice proti sebe, mení sa index náboja a vzniká ďalší protónový prúd.

Z toho vidno, že organizovaný prúd elektrónov v statických podmienkach a v atmosférickej oblasti má rovnaký charakter výskytu, aj keď mierky javu a póly pohyblivých častíc sú odlišné. Sneh padajúci na zem je elektrifikovaný nárazom na povrch a predmety. Prejavuje sa to tým, že pri silných snehových búrkach v podmienkach kriticky nízkych teplôt (na severe) v snehových mrakoch prekĺznu záblesky fialovej farby a dochádza k žiare ostrých predmetov. Rovnaké javy, podobné svojou povahou, sú pozorované počas pieskových a prachových búrok obrovskej sily.

Náboje v oblakoch sú distribuované v komplexnom systéme. Niekedy má oblak rôzne náboje v dvoch častiach alebo je elektrifikovaný pozitívne alebo negatívne. Výsledkom je, že veľké oblasti atmosféry, dosahujúce až niekoľko kilometrov, majú rovnakú schopnosť viesť energiu. Potenciál búrkového mraku sa meria v desiatkach miliónov voltov, niekedy až v miliarde.

Bleskový jav

Pri búrke vzniká v ozónovom plášti výboj energie iskry, ktorý sa ohlási zábleskom oslňujúceho svetla a následným zvukovým efektom. Miesta, kde sa tvoria blesky, sú:

• dažďové kupovité oblaky;
• vrstvené dažďové mraky;
• oblasti sopečnej činnosti;
• oblasti, kde sa objavujú tornáda;
• oblasti prachových búrok.

Rozšírený typ lineárneho blesku súvisiaci s impulznými alebo vysokofrekvenčnými výbojmi v neprítomnosti elektród v pracovnej oblasti. Tým sa líšia od iskrového výboja v plynoch medzi kontaktnými vodičmi s iónmi. Vlastnosti blesku:

• dĺžka iskry viac ako niekoľko stoviek metrov;
• výboj sa objavuje v energetických poliach slabších ako tie, ktoré sa podieľajú na medzielektródových procesoch;
• náboje z miliárd izolovaných častíc (v okruhu niekoľkých kilometrov) sa zbierajú v tisícinách sekundy;
• pri bleskoch sa elektrina mení na svetlo, teplo a zvuk, vznikajú na uvoľnenie silného náboja;
• rukáv na zips má priemer 1 cm;
• usmernený prúd elektrónov v ňom je od 10 do 100 kA, teplota vo vnútri je asi 25 tis. stupňov C, pričom doba prechodu trvá sekúnd.

Delenie číslic

Javy, ktoré sa vyskytujú v búrkových oblakoch, sa rozlišujú vo forme bleskov vo vnútri oblaku a tých, ktoré dopadajú na povrch zeme. Pre ich vzhľad je potrebná prítomnosť elektromagnetického poľa v malom oblaku s určitou hodnotou vnútornej sily pod vplyvom rôznych faktorov (1 MV / m). Vo všeobecnom okolí by napätie malo mať priemernú hodnotu, ktorá podporuje iniciáciu výboja (0,1–0,2 MV / m).

Hladké výboje označujú počiatočnú formu blesku v troposfére, často tvoria nerozvetvený, rovnomerný kmeň. Tento jav je vizualizovaný s celulárnou povahou búrky, nestabilnými parametrami vzduchu počas tornáda. Často sa objaví jediný impulz s kladným nábojom.

Blesky typu cloud-to-ground vedú v dĺžke (až 150 km), frekvencia ich výskytu stúpa s približovaním sa k rovníku. Tento jav je sprevádzaný zmenou elektromagnetických priestorov okolo častíc a rádiových vĺn. Riziko nárazu do predmetu umiestneného na zemi stúpa s jeho výškou. Frekvencia dopadov je ovplyvnená schopnosťou pôdy v hĺbke pod objektom alebo na povrchu okolo neho viesť náboje.

Ak je v oblaku pole, ktoré môže podporovať blesk, ale nie je dostatok energie na jeho vzhľad, potom vysoký vodivý objekt alebo lietadlo spustí výboj. Určujúcim faktorom je elektrifikácia kovového tela. Častejšie sa blesky medzi nebom a zemou vyvolávajú v daždi a kupovitých oblakoch.

V horných vrstvách praskne

Špeciálne výboje vznikajú vo vysokohorských vrstvách vzduchu obklopujúcich Zem. Okamžité blesky sa vyznačujú neočakávanými tvarmi alebo rozmazanými vrstvami. Sú nasmerované na povrch alebo ešte viac nahor, čo je viditeľné vizuálne. Existujú typy bleskov:

• obrovský - škriatkovia;
• kužele - trysky;
• málo preštudovaných škriatok.

Elfovia sú vnímaní ako veľké (400 km) svetelné úkazy vo forme kužeľa. Slabo iskria a objavujú sa v hornej oblasti búrkového mraku. Výška kužeľa dosahuje 100 km, doba trvania vizualizácie sa pohybuje od 3 do 5 ms.

Výtrysky sú pozorované vo forme trubíc alebo kužeľov modrej farby, ich žiara je jasnejšia ako elfovia, ale výška je menšia (oblasť ionosféry nad zemou je 42-70 km). Podľa ich trvania sú viditeľné do 4-6 ms.

Škriatkovia sú slabo viditeľní, takmer na nerozoznanie, no objavujú sa s húževnatosťou v každej búrke. O fyzikálnej povahe javu je známe len málo, je vizuálne jasné, že smer blesku vychádza z oblaku. Výtoky sa objavujú vo výške 52-135 km nad povrchom pôdy.

Zarnitsy na oblohe

Okamžité iskrivé záblesky sa objavia na obzore, keď búrky prejdú vo vzdialených oblastiach. Zvuk hromu nie je počuteľný, len vizuálne sa určuje odraz od dažďa a kopovitých oblakov (vrcholov). Účinok nastáva po polovici leta za súmraku alebo v noci. V trópoch sú blesky viditeľné nielen na obzore, ale aj na oblohe nad hlavou pozorovateľa.

Dôvody vzhľadu sú pomenované takto:

• Svetlo sa odráža od riedkej pary v atmosfére, ktorá nie je viditeľná pri pohľade z povrchu Zeme. Iskry na veľké vzdialenosti sa odrážajú od najmenších častíc vody a sú viditeľné na diaľku.
• Niekedy sa erupcie vyskytujú pod mrakmi, ktoré sú viditeľné na veľkú vzdialenosť. Ich obrysy sa stávajú kulisou pre blesk. Odrazy bleskov sú viditeľné, ale pre značnú vzdialenosť nie je počuť hrom.
• Suché búrky nemožno kategorizovať ako blesky, ale vo vizualizácii sú podobné. Keď k javu dôjde, búrkové výboje sa vyskytujú v priehľadných a nerozoznateľných oblakoch, presnejšie vo veľmi riedkej pare, pričom neexistuje žiadny zvukový sprievod.

Nebezpečné faktory

V oblakoch sú častice prítomné vo forme pary, kvapaliny alebo kryštálov. Do atmosféry sa dostávajú po odparení z vodných plôch. Vzhľadom na to, že celkový tok protónov smeruje od veľkých častíc k malým, veľké kvapky sú negatívne nabité a malé - s kladným pólom.

Blesk je považovaný za nebezpečný faktor vysokej sily. Priame dopady ničia budovy, stavby, vysoké skaly, výsadbu, spôsobujú požiare a nepredvídateľné výbuchy, niekedy vedú k smrti živých bytostí a ľudí. Na ceste blesku v objekte sa kvapalina okamžite premení na paru s vysokým tlakom. Škodlivé pôsobenie je rozdelené do typov:

• primárne - v dôsledku priameho zničenia objektu alebo objektu;
• sekundárne znamená výskyt vysokej indukcie, silných elektrických a magnetických polí alebo prenos vysokých potenciálov do budov.

Elektrostatický náboj búrkového oblaku prenáša opačný prúd na cieľ izolovaný od povrchu pôdy (vnútorné zariadenia, kovové strechy, drôty, rádiové siete). Energeticky náročný potenciál zostáva po skončení úderu a uvoľňuje sa na blízkych predmetoch. Zapaľuje horľavé materiály, pôsobí na výbušniny a zraňuje ľudí, ktorí sa dotknú nabitých predmetov.

Potenciálna a indukčná ochrana

Úroveň ochrany objektu závisí od nebezpečenstva výbuchu budov a je zabezpečená konštrukciou zariadenia. Nebezpečenstvo budov sa vykonáva v súlade s normami PUE, existujú tri skupiny zariadení na ochranu pred bleskom a dva typy zón (A a B). Pre zóny A je potrebné zachytiť 99,6 % bleskov a na území B je zabránené 95 % silných nebeských výbojov.

Elektromagnetická indukcia vstupuje do budovy po zasiahnutí kábla, drôtu zvonku. Ochrana sa vykonáva vypúšťaním náloží do pôdy. Na tento účel je vnútorné kovové zariadenie pripojené k zemi s definovanou úrovňou rozloženia prúdu.

Mosty sú umiestnené medzi potrubiami a inými zdĺhavými kovovými komunikáciami v miestach ich technologického prístupu. Rozdeľujú a zabezpečujú rovnomerný tok indukovaného prúdu bez generovania nábojov do susedného obvodu. Zábrany sú zabezpečené každých 20 m.

Prevencia driftu potenciálov s vysokou mierou vo vnútri budov je organizovaná nasmerovaním prúdu do oblasti pôdy mimo budovy. Za týmto účelom je vstup drôtov, káblov a komunikácií do miestnosti pripojený k ochrannému zariadeniu alebo pripojený k uzemňovacej slučke pri návrhu rozvodnej inštalácie.

Bleskové kohútiky

Bleskozvody sú konštruované tak, aby prijímali prúd z energetických impulzov búrky a organizovali ho tak, aby ho odvádzali na bezpečné miesto na zemi. Na ochranu sú inštalované samostatne umiestnené vertikálne tyče s káblami. Druhou možnosťou sú odbočky umiestnené na samotnom chránenom objekte, ale izolované od prenosu elektriny do vnútorných sietí a kovových komunikácií.

Konštrukcia samostatne umiestneného vývodu blesku zahŕňa nasledujúce konštrukčné prvky:

• základ (podpera) do výšky 22-25 metrov, materiál je drevo, kov, betón alebo železobetón;
• prijímač silných impulzov energie vyrobený z ocele, jeho prierez by nemal byť menší ako 100 mm²;
• spodný vodič s prierezom viac ako 48 mm²;
• pozemná slučka.

Takto sa pás objavuje vo forme objemového kužeľa, ktorého najvyšší bod je na vrchole kovovej vertikálnej tyče. Obvod základne kužeľa je umiestnený na úrovni terénu, jeho priemer závisí od výšky lapača bleskov.

Ďalšou možnosťou ochrany je inštalácia samostatne umiestnených tyčových prvkov, ktoré nie sú izolované od kovových častí objektu. Môžu to byť laná alebo tyče, pričom výboj indukovanej elektriny je organizovaný izoláciou od kontaktu s ľuďmi a výbušnými predmetmi.

Príkladom je príjem impulzov na plechovú strešnú krytinu alebo na oceľový rošt na nej. Predpokladom je odvádzanie energetického potenciálu do zeme bez kontaktu s domácimi spotrebičmi a inštaláciami.

Vo forme spodných vodičov je povolené používať kovové prvky rámu budovy alebo núdzové schody vonkajšej evakuácie na stenách. V tomto prípade sa vypočítajú ukazovatele odolnosti voči impulzom, ktorých hraničné hodnoty sú korelované so špeciálnymi štandardnými ukazovateľmi.