Молния – громадный электроискровой разряд в атмосфере, как водится сопровождающийся световой вспышкой и громом. Между вспышкой и слышимым разрядом грома существует маленькая задержка, по продолжительности которой дозволено рассчитать расстояние до ударившей молнии.
Вам понадобится
- Секундомер, калькулятор
Инструкция
1. Выходит, ждите молнию с секундомером в руке. В момент вспышки запустите секундомер, когда услышите гром, секундомер отключите. В итоге вы получите время задержки грома – то есть время, за которое колебание воздуха прошло от места разряда до вас.
2. Дальше, расстояние, по знаменитой формуле, есть произведение скорости движения на время. Время у вас есть. Что же касается скорости звука в атмосфере, то для дерзких расчетов довольно помнить значение 343 метра в секунду. Если же вы хотите вычислить расстояние больше-менее верно, то следует помнить, что во влажном воздухе звук распространяется стремительней, чем в сухом, а в больше жгучем – стремительней, чем в холодном. Скажем, холодной осенью при ливневом ливне скорость звука в воздухе будет 338 м/сек, а жарким и сухим летом – 350 м/сек.
3. Сейчас считайте. Скажем, от вспышки молнии до звука грома прошло 8 секунд.Берете скорость звука – 343 м/с, тогда расстояние до молнии будет 8 * 343 = 2744 метра, либо (округляя) 2,7 километра. Если же температура воздуха 15 градусов Цельсия при влажности 80% (ливень средней силы), то скорость звука будет составлять 341,2 м/сек, а расстояние 2729,6 м (дозволено округлить до 2,73 км).
4. Можете ввести допуск на направление ветра. Если ветер дует по направлению от молнии к вам, звук пройдет это расстояние несколько стремительней, а при направлении ветра от вас к молнии – несколько неторопливей. Для дерзких расчетов довольно помнить, что в первом случае (ветер к молнии) расстояние необходимо уменьшить на 5%, а во втором (ветер от молнии) увеличить на 5%. Таким образом, при задержке грома 8 сек и скорости звука 343 м/сек при направлении ветра от молнии к вам расстояние 2744 метра нужно увеличить на 137,2 м.
Существуют виды спорта, которые напрямую зависят от направления ветра . К примеру, кайтбординг. Спортсмену, им увлекающемуся, нужно уметь положительно определять направление ветра раньше, чем выходить на воду.
Вам понадобится
- – флажок, шарф либо платок.
Инструкция
1. Присмотритесь, есть ли на храню флаг. Посмотрев на него, дозволено с легкостью определить не только направление , но и примерную силу ветра . Если же флага неподалеку вы не нашли, то испробуйте другие методы, благо их довольно.
2. Подобно, посмотрите на дым. Допустимо, где-то по близости есть завод с дымовыми трубами, либо кто-то жарит на мангале шашлык.
3. Возьмите флажок, платок либо длинный шарф. Выйдите на ровную поверхность. Поднимите руку с предметом вверх. Если никаких препятствий по сторонам нет, то вы легко определите направление ветра .
4. Поворачивайте голову из стороны в сторону. Как только она примет расположение прямо на ветер, вы услышите идентичный шум в обоих ушах.
5. Посмотрите на воду, вернее на волны. Они неизменно двигаются по направлению «вниз по ветру».
Видео по теме
Обратите внимание!
Если ветер дует перпендикулярно высокому храню, лесу и др., то он может поменять направление. Это допустимо вследствие результату отражения об эти оригинальные стенки. Тогда ветер не только будет дуть в противоположную сторону, но и может уменьшиться по силе либо вообще стихнуть. Занимаясь водными видами спорта, не довольно только определять направление ветра, нужно еще и уметь вычислять его силу. Не имея под рукой особого оборудования, дозволено сделать это и визуально.
Полезный совет
Определяя направление ветра, стоит рассматривать такое представление, как турбулентность. Проще каждого объяснить его на примере воды. Ее поток, встречая препятствие, не может безотрывно его обтекать, в силу инерции. Потому она, скручиваясь, образует бурление, пену и даже воронки. То же самое происходит и с ветром, тот, что встречает на своем пути препятствие, скажем, здание. Именно следственно, находясь во дворе какого-нибудь здания, порой бывает сложно определить направление ветра. Такое хаотичное движение ветряных потоков называют турбулентностью. А те вихри, которые они создают за препятствием – роторами.
Молния – это мощнейший электрический разряд, тот, что появляется при крепкой электризации туч. Разряды молнии могут протекать как внутри облака, так и между соседними облаками, которые крепко наэлектризованы. Изредка разряд происходит между землей и наэлектризованным облаком. Перед вспышкой молнии появляются разности электрических потенциалов между облаком и землей либо между соседними облаками.
Одним из первых, кто установил взаимодействие электрических разрядов в небе, был заокеанский ученый, тот, что по совместительству занимал главный государственный пост – Бенджамин Франклин. В 1752 году им был проведен увлекательный навык с бумажным змеем. К его шнуру испытатель прикрепил металлический ключ и своевременно грозы запустил змея. через некоторое время, молния стукнула в ключ, испуская сноп искр. С тех пор молния начала подробно изучаться учеными. Это восхитительное явление природы может быть исключительно небезопасно, нанося важные повреждения линиям электропередач и иным высоким постройкам.Основная повод происхождения молнии кроется в соударении ионов (ударной ионизации). Электрическое поле тучи имеет дюже крупную напряженность. В таком поле свободные электроны получают большое убыстрение. Сталкиваясь с атомами, они ионизируют их. В финальном выводе появляется поток стремительных электронов. Ударная ионизация образует плазменный канал, по которому проходит стержневой толчок тока. Происходит электрический разряд, тот, что мы отслеживаем в виде молнии. Длина такого разряда может добиваться нескольких километров и продолжаться до нескольких секунд. Молния
неизменно сопровождается блестящей вспышкой света и громом. Дюже зачастую молнии появляются во время грозы, впрочем случаются и исключения. Одним из самых неизученных учеными природных явлений, связанных с электрическими разрядами, является шаровая молния. Вестимо лишь, что появляется она неожиданно и может нанести существенный урон. Так отчего молния такая блестящая?Сила электрического тока при ударе молнии может добиваться 100 000 Ампер. При этом выдается большая энергия (около миллиарда Джоулей). Температура основного канала достигает примерно 10 000 градусов. Эти колляции и рождают блестящий свет, тот, что дозволено следить при разряде молнии. Позже такого сильного электрического разряда наступает пауза, которая может длиться от 10 до 50 секунд. За это время стержневой канал примерно гаснет, температура в нем падает до 700 градусов. Учеными установлено, что яркое свечение и нагрев плазменного канала распространяются снизу вверх, а паузы между свечениями составляют каждого десятки долей секунд. Именно следственно несколько сильных толчков человек воспринимает как цельную яркую вспышку молнии.
Видео по теме
Молния, как водится, появляется в виде блестящей зигзагообразной вспышки в грозовых облаках и сопровождается громом. Ее электрический разряд достигает 100 000 ампер, а напряжение – нескольких сотен миллионов вольт. Дабы определить расстояние до молнии , необходимо рассчитать время в секундах от вспышки до первых раскатов грома.
Вам понадобится
- – секундомер либо часы$
- – калькулятор.
Инструкция
1. Молния представляет собой небезопасное для человеческой жизни природное явление. Впрочем, по иронии судьбы, именно по вине людей их становится все огромнее. Происходит это из-за весьма безответственного отношения к экологии: засорение окружающего воздуха в мегаполисах увеличивает нагревание воздушной среды и подъем в атмосферу пара-конденсата. Это усиливает электрическую интенсивность в облаках и провоцирует молниевые разряды.
2. Надобность определить расстояние до молнии вызывается не только надобностью в растяжении кругозора, но и элементарным инстинктом самосохранения. Если она слишком близко, а вы находитесь на открытом пространстве, то отменнее как дозволено стремительней оттуда убежать. Электроток выбирает самый короткий путь до земли, а кожный завеса – хороший проводник для него.
3. Начните отсчет секунд, как только увидите в небе световую вспышку, воспользуйтесь часами либо секундомером. Как только раздастся 1-й раскат грома, прекратите счет, так вы получите время.
4. Для того дабы обнаружить расстояние , необходимо время умножить на скорость. Если точность для вас не дюже значима, то ее дозволено принять равной 0,33 км/с, т.е. умножить число секунд на 1/3. Скажем, по вашим подсчетам время до молнии составило 12 секунд, позже деления на 3 вы получите 4 км.
5. Дабы определить расстояние до молнии больше верно, примите среднюю скорость звука в воздухе равной 0,344 км/с. Ее правдивое значение зависит от многих факторов: влажность, температура, тип местности (открытое пространство, лес, городские высотные строения, водная поверхность), скорость ветра и т.д. Скажем, при дождливой осенней погоде скорость звука равна приблизительно 0,338 км/с, при летней сухой жаре – около 0,35 км/с.
6. Густой лес и высокие здания гораздо замедляют скорость звука. Она снижается из-за необходимости огибать бесчисленные препятствия, дифракции. Провести точный расчет в этом случае достаточно трудно, а основное нецелесообразно: невзирая на то, что молния не стукнет в землю, она может поразить высокое дерево рядом с вами. Так что переждите ее между низкорослыми деревьями с густой кроной, отличнее каждого на корточках, а если вы оказались на городской улице, то укройтесь в соседнем здании.
7. Обратите внимание на ветер. Если он довольно мощный и дует в вашу сторону по направлению от молнии , значит, звук идет стремительней. Тогда его среднюю скорость дозволено принять примерно равной 0,36 км/ч. При направлении ветра от вас к молнии движение звука, напротив, замедляется и скорость приблизительно равна 0,325 км/ч.
8. Средняя протяженность молнии достигает 2,5 км, а разряд простирается на расстояние до 20 км. Следственно следует как дозволено стремительней удалиться с открытого места в ближайшее здание либо строение. Помните, что при приближении молнии надобно закрыть все окна и двери и отключить электрические приборы, от того что может случиться поражение через антенну и по сети принести урон вашей технике.
9. Молнии бывают не только наземными, но и внутриоблачными. Они не опасны для тех, кто находится на земле, впрочем могут повредить летающие объекты: самолеты, вертолеты и другие транспортные средства. Помимо того, металлический объект, попавший в облако с крепким электрическим полем, способным поддержать, но не сделать заряд, может стать зачинателем молнии и спровоцировать ее возникновение.
Видео по теме
Обратите внимание!
Увлекательный факт: у некоторых индейских народностей удар молнией считается так сказать инициацией, нужной для достижения шаманом высшего яруса способностей.
Формально расчет предельно прост. Нужно знать площадь стягивания молний в здание S ст и их удельную плотность n M в месте его расположения. Произведение этих величин дает среднее ожидаемое число прямых ударов молнии в год:
N M = n M S ст (1)
В подавляющем большинстве практических ситуаций N M T мол ≈ 1/N M (2)
Во всех справочных материалах величина n M дается на 1 км 2 в год. Поэтому расчетное значение T мол оценивается в годах. Если, например, получено N M = 0,03, значит нужно в среднем ожидать один удар молнии за 1: 0,03 ≈ 33 года эксплуатации.
Понятие “в среднем” имеет здесь определяющее значение. Удар молнии в конкретное здание не обязательно произойдет через 33 года, До этого печального события, если не повезет, может пройти всего 1 - 2 года, а возможно и 100 лет (для особо везучих). Оцененный срок действительно средний . Он может быть подтвержден только многолетней статистикой наблюдений за большим числом однотипных зданий.
Таблица 1 заимствована из нормативного документа РД 34.21.122-87.
Таблица 1
Чтобы найти величину n M , нужно сначала обратиться к карте продолжительности гроз (она тоже есть в нормативе), снять с нее среднегодовую продолжительность гроз для места расположения рассматриваемого здания и потом по таблице 1 получить искомое n M . Надо ли говорить, насколько приблизительным будет результат расчета. Хотелось бы оперировать более строгими цифрами, полученными, например, системой дистанционной регистрации интенсивности грозовой деятельности с пространственным разрешением хотя бы 200 - 500 м. К сожалению, в отличие от многих технически развитых стран, на территории России такая система пока еще не развернута.
Понятно, что в сложившейся ситуации бессмысленно тратить большие усилия на строгое вычисление площади стягивания. По опыту наблюдений за сооружениями разной высоты принято, что она ограничивается линией, удаленной от внешнего периметра объекта на расстояние, равного 3-м его высотам. Построение легко выполнить. Потом остается вычислить ограниченную площадь (внутри синей линии на рис. 1) любым методом, в крайнем случае, - по клеточкам на миллиметровке. При большой неопределенности значения nM погрешность вычисления площади вряд ли будет сколько-нибудь значима.
Рисунок 1
Часто элементы здания имеют разную высоту. В этом случае радиус стягивания можно оценить по высоте наиболее высокого элемента. Результат ожидаемого числа ударов даст тогда оценку сверху. Для уточнения расчета нужно построить площади для всех различных по высоте строительных фрагментов и провести их общую внешнюю границу, как это показано на рис. 2. Ограниченная ею территория даст уточненную площадь стягивания для здания в целом.
Рисунок 2
Выполненные построения справедливы только для уединенного здания. Соседние строения или высокие деревья могут сильно изменить результат. Представьте себе район городской застройки или садовый кооператив, где дома стоят едва ли не вплотную. Их зоны стягивания молний частично накладываются друг на друга. В итоге ожидаемое число ударов в каждый из домов будет меньше. При сопоставимой высоте соседних зданий можно считать, что из наложенных друг на друга участков зон стягивания молнии распределятся поровну между домами. Если же высоты принципиально различны, а их зоны стягивания перекрываются значительной долей, приходится прибегать к компьютерному расчету. Так же нужно поступать и в случае, когда заказчик требует большой точности.
На практике необходимость уточненных расчетов возникает редко. Оценка числа ударов молнии для уединенно расположенного здания всегда можно рассматривать как предельную, а ошибка даже на уровне значащей цифры вполне допустима из-за грубой оценки плотности грозовых разрядов на территории России.
Параметры тока молнии
Параметр молнии
Уровень защиты
Пиковое значение тока, кА
Полный заряд, Кл
Заряд в импульсе, Кл
Удельная энергия кДж/Ом
Средняя крутизна кА/мкс
3.1.3. Молния и атмосферное электричество
Молнии являются одной из распространенных причин нежелательных перенапряжений, сбоев и отказов в системах автоматизации. Заряд, накапливаемый в облаках, имеет потенциал величиной около нескольких миллионов вольт относительно поверхности Земли и чаще бывает отрицательным. Направление тока молнии может быть как от земли к облаку, при отрицательном заряде тучи (в 90% случаев), так и от облака к земле (в 10% случаев). Длительность разряда молнии составляет в среднем 0,2 с, редко до 1…1,5 с, длительность переднего фронта импульса - от 3 до 20 мкс, ток составляет несколько тысяч ампер, до 100 кА, температура в канале достигает 20 000 ˚С, появляется мощное магнитное поле и радиоволны [Vijayaraghavan ]. Молнии могут образовываться также при пылевых бурях, метелях, извержениях вулканов. При разряде молнии появляется несколько импульсов (рис. 3.64). Крутизна фронта в последующих импульсах гораздо больше, чем в первом (рис. 3.65).
Частота поражения молнией зданий высотой 20 м и размерами в плане 100х100 м составляет 1 раз в 5 лет, а для зданий с размерами порядка 10х10 м - 1 попадание за 50 лет [РД ]. Количество прямых ударов молнии в Останкинскую телебашню высотой 540 м составляет 30 ударов в год.
 ,
|
где - максимум тока; - корректирующий коэффициент; - время; - постоянная времени фронта; - постоянная времени спада.
Параметры, входящие в эту формулу, приведены в табл. 3.23 . Они соответствуют наиболее сильным молниевым разрядам, которые встречаются редко (менее чем 5% случаев [Vijayaraghavan ]. Токи величиной 200 кА встречаются в 0,7...1% случаев, 20 кА - в 50% случаев [Кузнецов ]).
Зависимости первого импульса тока молнии и ее производной от времени, построенные по формуле (3.2), показаны на рис. 3.65 . Обратим внимание, что масштабы по времени на графиках различается в 10 раз и что масштаб указан логарифмический. Максимальная скорость нарастания (первая производная) первого импульса составляет 25 кА/мкс, последующих импульсов - 280 кА/мкс.
Скорость нарастания тока используется для расчета величины наведенного импульса в кабелях систем автоматизации.
|
На системы автоматизации молнии воздействуют не путем прямого попадания, а через электромагнитный импульс , который вследствие явления электромагнитной индукции может привести к пробою изоляции устройств гальванической развязки и пережечь провода малого поперечного сечения [Zipse ], а также вывести из строя микросхемы. Вторым природным явлением, связанным с грозой, является атмосферное электричество . Электрический потенциал грозового облака во время дождя может составлять десятки миллионов, до 1 млрд. Вольт. Когда напряженность электрического поля между облаком и поверхностью земли достигает 500…1000 В/м, начинается электрический разряд с острых предметов (мачты, трубы, деревья и т. п.). Во время разрядов молнии напряженность поля может резко менять свое направление. Высокая напряженность поля, вызванная атмосферным электричеством, может наводить потенциалы величиной в несколько тысяч Вольт в "плавающих" цепях с высоким сопротивлением изоляции на землю и приводить к пробою оптронов в модулях гальванической развязки. Для защиты от атмосферного электричества гальванически изолированные цепи, не имеющие низкоомного пути на землю, должны быть помещены в заземленный электростатический экран или соединены с землей через резистор сопротивлением 0,1...1 МОм (см. раздел "Исполнительное оборудование и приводы"). В частности, атмосферное электричество является одной из причин, по которым промышленные сети прокладывают экранированным кабелем. Экран нужно заземлять только в одной точке (см. раздел "Экранирование сигнальных кабелей"). Следует отметить, что молниеотводы, служащие для защиты от прямого удара молнии, не могут существенно уменьшить напряженность электрического поля атмосферных зарядов и никак не защищают аппаратуру от мощного электромагнитного импульса во время грозы. |
