Техника - молодёжи 1945-06, страница 31

И. СТЕКОЛЬНИКОВ) доктор технических наук

Изучение атмосферного электричества и грозовых разрядов занимало умы исследователей глубокой древности. Проблема защиты сооружений от ударов молнии волнует ученых различных специальностей и в наши дни.

Общее число гроз на земном шаре достигает 16 миллионов в год, то есть ежедневно происходит 44 тысячи гроз. В среднем во время грозы сверкает 200 молний. Иными словами, 100 грандиозных электрических разрядов ежесекундно возникают между облаками или облаком и землей.

О разрушениях и убытках, причиняемых молниями, можно судить по следующим отрывочным сведениям:

за два года в СССР зарегистрировано 6 тысяч пожаров, вызванных молниями;

в Швейцарии за время с 1925 по 1936 год молния поразила 6 301 строение, причинив убытки в 5 миллионов франков.

Серьезную угрозу представляют молнии для линий электропередач, и чем выше напряжение системы, тем серьезнее и ощутимее последствия аварии, вызываемой разрядами.

В связи с бурным развитием высоковольтных линий передач стал расти многомиллионный счет убытков, который предъявляет промышленность нам, ученым,, занятым исследованием молний.

Еще известным американским ученым Франклином был предложен способ защиты от ударов молнии с помощью изобретенного им «громоотвода». В действительности это сооружение Отводит не гром — безобидный спутник молнии, а самую молнию, и потому правильнее называть его молниеотводом.

Необходимость надежной грозовой защиты потребовала поставить широкие исследования атмосферного электричества. Ведущую роль в этом деле сыграли наши советские ученые как по размаху работ, так и по полученным результатам.

Мы теперь знаем, что причиной образования, молний —- электрических тскр огромной длины (не редкость молнии длиной! '1 —5 километров) -н являе гея •громадная разность, потенциалов, возникающая между облаками или облаком и землей. Первоначальная электризация водяных капелек в облаке может происходить от различных причин, например при раздроблении капель порывами ветра. При этом обычно мелкие брызги оказываются заряженными отрицательно, а крупные остатки капель— положительно. Различная скорость падения мелких н крупных капель приводит к разделению зарядов в туче, в результате потенциал тучи быстро возрастает, достигая очень больших величин. Вследствие электростатической индукции на земле под облаком появляются заряды противоположного знака и между обликом и землей обра

зуется электрическое поле очень большой напряженности.

При достижении некоторой,, так называемой критической напряженности наступает разряд, начинающийся обычно в верхних, более разряженных слоях воздуха. Под действием электрического поля имеющиеся в воздухе электроны разгоняются и, сталкиваясь с нейтральными атомами, разбивают их на электроны и ионы. Одна пара атомов после расщепления порождает четыре новые частицы, из которых две представляют собой электроны. Последние, двигаясь в поле совместно с образовавшими их двумя электронами, породят четыре новых электрона и так далее. Таким путем происходит начальная стадия разряда, который устремляется со скоростью около 100 километров в секунду к земле (или к соседнему облаку). Внешне эта стадия характеризуется слабым свечением и напоминает ручеек, с трудом прокладывающий себе извилистый путь в атмосфере, как бы огибая невидимые препятствия, иногда разветвляясь на несколько струек. Этот бледный разряд, пробегающий расстояние между облаком и землёй за сотые доли секунды, называется лидером.

Как тблько лидер завершит свой путь, йб его следу, насыщенному ионами "и;' следовательно, хорошо проводящему электричество, начинается сильный и быстрый разряд, но уже в обратном направлении. Скорость этого разряда достигает десятков тысяч километров в секунду. Ток в канале молнии за очень короткий срок возрастает до десятков и даже сотен тысяч ампер. Извилистый «уть разряда начинает ярко светиться вследствие очень сильного нагревания воздуха. Эта вторая стадия разряда и .представляет собой, собственно, молнию, способную произвести значительное разрушение или пожар. Затем сила тока спадает, свечение ослабевает, и на этом заканчивается первый импульс молнии. Часто через несколько сотых долей секунды в облаке создаются условия для повторного импульса, который развивается в том же воздушном канале, по какому прошел первый импульс.

Таких отдельных импульсов может быть до 50, а общее время грозового разряда иногда достигает 1,5 секунды. При этом каждый импульс молнии со-

На специальных моделях определяют «защитную зону», то есть то пространство вокруг молниеотвода, которое почти не поражается молниями.

стоит из лидера и главкой фазы разряда. Простым глазом невозможно различить отдельные импульсы молнии. Мы воспринимаем их как одну молнию, иногда разветвленную на несколько полос, если пути отдельных импульсов не совпадают. Применяя же фотографические аппараты с очень быстро движущейся пленкой, удается заснять и проанализировать протекание всего процесса во времени.

Тождественность природы молнии и электрической искры, получаемой искусственно, дает возможность исследовать разряды в лабораторных условиях. Однако очень незначительная длина искры по сравнению с молнией долго мешала уловить детали процесса, в частности, обнаружить в искре движение лидера. Только после того, как автором был найден способ замедления искрового разряда путем включения в цепь импульсного генератора большого омического сопротивления, удалось проследить и сфотографировать весь ход развития искры. Эти исследования раскрыли много замечательных явлений в образовании электрических разрядов, происходящих в виде искр или молний. Но лабораторные опыты не могут все же полностью заменить широко поставленное непосредственное изучение проявлений атмосферного электричества.

Для изучения грозовых разрядов, длящихся очень короткое время, возникающих в неопределенном¹ месте и неожиданно,. нужны, очевидно, особые, чрезвычайно быстро действующие и всегда находящиеся наготове приборы.

Кроме специальных фотоаппаратов, для регистрации напряженности (полей и изменений силы тока в канале молнии применяются электронно-лучевы* осциллографы. Электронный луч способен реагировать на самые кратковременные импульсы, поэтому с помощью осциллографов очень удобно производить регистрацию разрядов.

Очень широкое применение для изучения грозовых разрядов нашел простой приборчик — ферромагнитный регистратор, представляющий собой цилиндрик, спрессованный из изолятора и металлической пыли. Если вблизи такого цилиндра пройдет молния, он намагнитится в магнитном поле, образованном молнией. По величине этого намагничивания можно судить о максимальной силе тока молнии.

С помощью таких регистраторов советские ученые предприняли настоящую охоту * за молниями. В разных частях страны было установлено свыше 120 000 регистрирующих приборов. Они располагались на горах и равнинах, в лесах и степях, инженеры-альпинисты подняли регистраторы на вершины Кавказского хребта. В окрестностях Москвы был сооружен особый летательный аппарат, улавливающий молнии, которые затем регистрировались и измеря-

29