Блискавка- Величезний електроіскровий розряд в атмосфері, як водиться супроводжується світловим спалахом і громом. Між спалахом і чутним розрядом грому існує невелика затримка, за тривалістю якої можна розрахувати відстань до блискавки.
Вам знадобиться
- Секундомір, калькулятор
Інструкція
1. Виходить, чекайте блискавку із секундоміром у руці. У момент спалаху запустіть секундомір, коли почуєте грім, секундомір вимкніть. У результаті ви отримаєте час затримки грому – тобто час, коли коливання повітря минуло від місця розряду до вас.
2. Далі, відстань, за знаменитою формулою, є твір швидкості руху на якийсь час. Час у вас є. Що ж до швидкості звуку в атмосфері, то для зухвалих розрахунків досить пам'ятати значення 343 метри на секунду. Якщо ж ви хочете обчислити відстань більш-менш правильно, то слід пам'ятати, що в вологому повітрізвук поширюється швидше, ніж у сухому, а більш пекучому – швидше, ніж у холодному. Скажімо, холодної осені при зливі швидкість звуку в повітрі буде 338 м/сек, а жарким і сухим влітку – 350 м/сек.
3. Зараз рахуйте. Скажімо, від спалаху блискавки до звуку грому пройшло 8 секунд. Берете швидкість звуку – 343 м/с, тоді відстань до блискавки буде 8*343 = 2744 метри, або (округляючи) 2,7 кілометра. Якщо температура повітря 15 градусів Цельсія при вологості 80% (злива середньої сили), то швидкість звуку становитиме 341,2 м/сек, а відстань 2729,6 м (дозволено округлити до 2,73 км).
4. Можете ввести допуск на напрямок вітру. Якщо вітер дме у напрямку від блискавки до вас, звук пройде цю відстань дещо стрімкіше, а при напрямку вітру від вас до блискавки – дещо неквапливіше. Для зухвалих розрахунків досить пам'ятати, що у першому випадку (вітер до блискавки) відстань необхідно зменшити на 5%, тоді як у другому (вітер від блискавки) збільшити на 5%. Таким чином, при затримці грому 8 сек та швидкості звуку 343 м/сек при напрямку вітру від блискавки до вас відстань 2744 метра потрібно збільшити на 137,2 м.
Існують види спорту, які безпосередньо залежать від напряму вітру. Наприклад, кайтбордінг. Спортсмену, який їм захоплюється, потрібно вміти позитивно визначати напрямок вітрураніше, ніж виходити на воду.
Вам знадобиться
- - Прапорець, шарф або хустку.
Інструкція
1. Придивіться, чи є на прапор. Подивившись на нього, можна легко визначити не тільки напрямок, але і зразкову силу вітру. Якщо ж прапора неподалік ви не знайшли, то спробуйте інші методи, благо їх достатньо.
2. Подібно подивіться на дим. Припустимо, десь поблизу є завод з димовими трубами, або хтось смажить на мангалі шашлик.
3. Візьміть прапорець, хустку або довгий шарф. Вийдіть на рівну поверхню. Підніміть руку з предметом нагору. Якщо ніяких перешкод на сторони немає, то ви легко визначите напрямок вітру .
4. Повертайте голову з боку на бік. Як тільки вона прийме розташування прямо на вітер, ви почуєте ідентичний шум в обох вухах.
5. Подивіться на воду, точніше на хвилі. Вони незмінно рухаються у напрямку «вниз за вітром».
Відео на тему
Зверніть увагу!
Якщо вітер дме перпендикулярно високому зберігаю, лісу та ін., він може поміняти напрям. Це допустимо внаслідок результату відображення цих оригінальних стінок. Тоді вітер не тільки дутиме у протилежний бік, а й може зменшитися за силою або взагалі стихнути. Займаючись водними видами спорту, мало лише визначати напрям вітру, необхідно ще й уміти обчислювати його силу. Не маючи під рукою особливого обладнання, можна зробити це і візуально.
Корисна порада
Визначаючи напрямок вітру, варто розглядати таку виставу, як турбулентність. Найпростіше пояснити його на прикладі води. Її потік, зустрічаючи перешкоду, неспроможна безвідривно його обтікати, з інерції. Тому вона, скручуючись, утворює вирування, піну і навіть вирви. Те саме відбувається і з вітром, який зустрічає на своєму шляху перешкоду, скажімо, будівлю. Саме тому, перебуваючи у дворі якоїсь будівлі, часом буває складно визначити напрям вітру. Такий хаотичний рух вітряних потоків називають турбулентністю. А ті вихори, які вони виробляють за перешкодою – роторами.
Блискавка- це потужний електричний розряд, який утворюється при міцній електризації хмар. Розряди блискавки можуть протікати як усередині хмари, так і між сусідніми хмарами, які міцно електризовані. Зрідка розряд відбувається між землею та наелектризованою хмарою. Перед спалахом блискавки з'являються різниці електричних потенціалів між хмарою та землею або між сусідніми хмарами.
Одним із перших, хто встановив взаємодію електричних розрядів у небі, був заокеанський вчений, який за сумісництвом обіймав головну державну посаду – Бенджамін Франклін. У 1752 році їм було проведено захоплюючу навичку з паперовим змієм. До його шнура випробувач прикріпив металевий ключ та своєчасно грози запустив змія. через деякий час, блискавка стукнула в ключ, випускаючи сніп іскор. З того часу блискавка почала докладно вивчатися вченими. Це чудове явище природи може бути виключно небезпечно, завдаючи важливих пошкоджень лініям електропередач та іншим високим спорудам. Електричне поле хмари має дуже велику напруженість. У такому полі вільні електрони набувають великого прискорення. Зіткнувшись з атомами, вони іонізують їх. У фінальному висновку утворюється потік швидких електронів. Ударна іонізація утворює плазмовий канал, яким проходить стрижневий поштовх струму. Відбувається електричний розряд, який ми відстежуємо у вигляді блискавки. Довжина такого розряду може досягати кількох кілометрів і продовжуватися до кількох секунд. Блискавканезмінно супроводжується блискучим спалахом світла та громом. Дуже часто блискавки з'являються під час грози, проте трапляються й винятки. Одним із найбільш невивчених вченими природних явищ, пов'язаних з електричними розрядами, є кульова блискавка. Важко лише, що з'являється вона несподівано і може завдати істотної шкоди. Так чому блискавка така блискуча? Сила електричного струму при ударі блискавки може досягати 100 000 Ампер. При цьому видається велика енергія (близько мільярда Джоулів). Температура основного каналу досягає приблизно 10000 градусів. Ці коляції і народжують блискуче світло, яке можна стежити при розряді блискавки. Пізніше такого сильного електричного розряду настає пауза, яка може тривати від 10 до 50 секунд. За цей час стрижневий канал приблизно гасне, температура у ньому падає до 700 градусів. Вченими встановлено, що яскраве світіння та нагрівання плазмового каналу поширюються знизу вгору, а паузи між світіннями становлять кожного десятки часток секунд. Саме тому кілька сильних поштовхів людина сприймає як цілісний яскравий спалах блискавки.
Відео на тему
Блискавка, як водиться, з'являється у вигляді блискучого зигзагоподібного спалаху в грозових хмарах і супроводжується громом. Її електричний розряд досягає 100 000 ампер, а напруга – кілька сотень мільйонів вольт. Щоб визначити відстаньдо блискавки, необхідно розрахувати час у секундах від спалаху до перших гуркоту грому.
Вам знадобиться
- - секундомір або годинник $
- - Калькулятор.
Інструкція
1. Блискавка є небезпечним для людського життя природним явищем. Втім, за іронією долі, саме з вини людей їх стає дедалі більшим. Відбувається це через дуже безвідповідальне ставлення до екології: засмічення навколишнього повітря в мегаполісах збільшує нагрівання повітряного середовища та підйом в атмосферу пара-конденсату. Це посилює електричну інтенсивність у хмарах та провокує блискавкові розряди.
2. Необхідність визначити відстаньдо блискавкивикликається як потребою у розтягуванні кругозору, а й елементарним інстинктом самозбереження. Якщо вона занадто близько, а ви знаходитесь на відкритому просторі, то краще як можна швидше звідти втекти. Електрострум вибирає найкоротший шлях до землі, а шкірна завіса – гарний провідник для нього.
3. Почніть відлік секунд, як побачите в небі світловий спалах, скористайтеся годинником або секундоміром. Як тільки пролунає 1-й гуркіт грому, припиніть рахунок, так ви отримаєте час.
4. Для того, щоб виявити відстань, потрібен час помножити на швидкість. Якщо точність вам дуже значуща, її можна прийняти рівної 0,33 км/с, тобто. помножити кількість секунд на 1/3. Скажімо, за вашими підрахунками час до блискавкисклало 12 секунд, пізніше поділу на 3 ви отримаєте 4 км.
5. Щоб визначити відстаньдо блискавкибільше вірно, прийміть середню швидкість звуку повітря рівної 0,344 км/с. Її правдиве значення залежить багатьох чинників: вологість, температура, тип місцевості (відкритий простір, ліс, міські висотні будівлі, водна поверхню), швидкість вітру тощо. Скажімо, за дощової осінньої погоди швидкість звуку дорівнює приблизно 0,338 км/с, за літньої сухої спеки – близько 0,35 км/с.
6. Густий ліс та високі будівлі значно уповільнюють швидкість звуку. Вона знижується через необхідність огинати незліченні перешкоди, дифракції. Провести точний розрахунок у цьому випадку досить важко, а основне недоцільно: незважаючи на те, що блискавка не стукне у землю, вона може вразити високе дерево поруч із вами. Так що перечекайте її між низькорослими деревами з густою кроною, відмінніше кожного навпочіпки, а якщо ви опинилися на міській вулиці, то сховайтеся в сусідньому будинку.
7. Зверніть увагу на вітер. Якщо він досить потужний і дме у ваш бік у напрямку від блискавки, Отже, звук йде швидше. Тоді його середню швидкість можна прийняти приблизно рівною 0,36 км/год. При напрямку вітру від вас до блискавкирух звуку, навпаки, уповільнюється і швидкість приблизно дорівнює 0,325 км/год.
8. Середня протяжність блискавкидосягає 2,5 км, а розряд простягається на відстаньдо 20 км. Отже слід як можна швидше піти з відкритого місця в найближчий будинок або будову. Пам'ятайте, що при наближенні блискавкиНеобхідно закрити всі вікна і двері і відключити електричні прилади, тому що може статися поразка через антену і по мережі завдати шкоди вашій техніці.
9. Блискавки бувають не лише наземними, а й внутрішньохмарними. Вони не є небезпечними для тих, хто знаходиться на землі, втім можуть пошкодити літаючі об'єкти: літаки, вертольоти та інші транспортні засоби. Крім того, металевий об'єкт, що потрапив у хмару з міцним електричним полем, здатним підтримати, але не зробити заряд, може стати основоположником блискавкита спровокувати її виникнення.
Відео на тему
Зверніть увагу!
Цікавий факт: у деяких індіанських народностей удар блискавкою вважається ініціацією, необхідною для досягнення шаманом найвищого рівня здібностей.
Формально розрахунок гранично простий. Потрібно знати площу стягування блискавок у будівлю S ст та їхню питому щільність n M у місці його розташування. Добуток цих величин дає середнє очікуване число прямих ударів блискавки на рік:
N M = n M S ст (1)
У переважній більшості практичних ситуацій N M T мол ≈ 1/N M (2)
У всіх довідкових матеріалах величина n M дається на 1 км2 на рік. Тому розрахункове значення T мол оцінюється у роках. Якщо, наприклад, отримано N M = 0,03, отже, потрібно в середньому очікувати один удар блискавки за 1: 0,03 ≈ 33 роки експлуатації.
Поняття "у середньому" має тут визначальне значення. Удар блискавки в конкретну будівлю не обов'язково відбудеться через 33 роки. До цієї сумної події, якщо не пощастить, може пройти всього 1 - 2 роки, а можливо і 100 років (для особливо щасливих). Оцінений термін дійсно середній. Він може бути підтверджений лише багаторічною статистикою спостережень за великою кількістюоднотипних будівель.
Таблиця 1 запозичена з нормативного документаРД 34.21.122-87.
Таблиця 1
Щоб знайти величину n M потрібно спочатку звернутися до карти тривалості гроз (вона теж є в нормативі), зняти з неї середньорічну тривалість гроз для місця розташування розглянутої будівлі і потім по таблиці 1 отримати шукане n M . Чи треба казати, наскільки приблизним буде результат розрахунку. Хотілося б оперувати суворішими цифрами, отриманими, наприклад, системою дистанційної реєстрації інтенсивності грозової діяльності з просторовим дозволом хоча б 200 - 500 м. На жаль, на відміну від багатьох технічно розвинених країн, На території Росії така система поки що не розгорнута.
Зрозуміло, що в ситуації безглуздо витрачати великі зусилля на суворе обчислення площі стягування. По досвіду спостережень за спорудами різної висоти прийнято, що вона обмежується лінією, віддаленої від зовнішнього периметра об'єкта на відстань, що дорівнює 3 його висот. Побудову легко виконати. Потім залишається обчислити обмежену площу (всередині синій лінії на рис. 1) будь-яким методом, у крайньому випадку, - за клітинками на міліметрівці. При великій невизначеності значення nM похибка обчислення площі навряд чи буде значима.
Малюнок 1
Часто елементи будівлі мають різну висоту. У цьому випадку радіус стягування можна оцінити за висотою найвищого елемента. Результат очікуваного числа ударів дасть оцінку зверху. Для уточнення розрахунку потрібно побудувати площі для всіх різних за висотою будівельних фрагментів та провести їх загальний зовнішній кордон, як це показано на рис. 2. Обмежена нею територія дасть уточнену площу стягування для будівлі загалом.
Малюнок 2
Виконані побудови справедливі лише для відокремленої будівлі. Сусідні будівлі або високі дерева можуть сильно змінити результат. Уявіть собі район міської забудови чи садовий кооператив, де будинки стоять чи не впритул. Їхні зони стягування блискавок частково накладаються одна на одну. У результаті очікувана кількість ударів у кожен із будинків буде меншою. При порівнянні висоті сусідніх будинків можна вважати, що з накладених один на одного ділянок зон стягування блискавки розподіляться порівну між будинками. Якщо ж висоти принципово різні, які зони стягування перекриваються значною часткою, доводиться вдаватися до комп'ютерного розрахунку. Також потрібно робити і у випадку, коли замовник вимагає великої точності.
Насправді необхідність уточнених розрахунків виникає рідко. Оцінка числа ударів блискавки для усамітнено розташованого будинку завжди можна розглядати як граничну, а помилка навіть на рівні цифри цілком припустима через грубу оцінку щільності грозових розрядів на території Росії.
Параметри струму блискавки
Параметр блискавки
Рівень захисту
Пікове значення струму, кА
Повний заряд, Кл
Заряд в імпульсі, Кл
Питома енергія кДж/Ом
Середня крутість кА/мкс
3.1.3. Блискавка та атмосферна електрика
Блискавки є однією з найпоширеніших причин небажаних перенапруг, збоїв та відмов у системах автоматизації. Заряд, що накопичується в хмарах, має потенціал величиною близько кількох мільйонів вольт щодо поверхні Землі і найчастіше буває негативним. Напрямок струму блискавки може бути як від землі до хмари, при негативному заряді хмари (90% випадків), так і від хмари до землі (10% випадків). Тривалість розряду блискавки становить середньому 0,2 з, рідко до 1…1,5 з, тривалість переднього фронту імпульсу - від 3 до 20 мкс, струм становить кілька тисяч ампер, до 100 кА, температура у каналі сягає 20 000 ˚С, з'являється потужне магнітне поле та радіохвилі Vijayaraghavan]. Блискавки можуть утворюватися також при пилових бурях, хуртовинах, виверженнях вулканів. При розряді блискавки з'являється кілька імпульсів. Рис. 3.64). Крутизна фронту наступних імпульсах набагато більше, ніж у першому ( Рис. 3.65).
Частота ураження блискавкою будівель висотою 20 м і розмірами в плані 100х100 м становить 1 раз на 5 років, а для будівель з розмірами близько 10х10 м - 1 влучення за 50 років [ РД]. Кількість прямих ударів блискавки в Останкінську телевежу заввишки 540 м-коду становить 30 ударів на рік.
 ,
|
де - максимум струму; - Коригувальний коефіцієнт; - Час; - Постійна часу фронту; - Постійна часу спаду.
Параметри, що входять до цієї формули, наведені в табл. 3.23. Вони відповідають найбільш сильним блискавковим розрядам, які зустрічаються рідко (менше ніж 5% випадків [ Vijayaraghavan]. Струми величиною 200 кА зустрічаються в 0,7...1% випадків, 20 кА - у 50% випадків [ Кузнєцов ]).
Залежності першого імпульсу струму блискавки та її похідної від часу, побудовані за формулою (3.2), показано на Рис. 3.65. Звернімо увагу, що масштаби за часом на графіках різняться в 10 разів, і що масштаб вказаний логарифмічний. Максимальна швидкість наростання (перша похідна) першого імпульсу становить 25 кА/мкс, наступних імпульсів – 280 кА/мкс.
Швидкість наростання струму використовується розрахунку величини наведеного імпульсу в кабелях систем автоматизації.
|
На системи автоматизації блискавки впливають не шляхом прямого влучення, а через електромагнітний імпульс, який внаслідок явища електромагнітної індукції може призвести до пробою ізоляції пристроїв гальванічної розв'язки та перепалити дроти малого поперечного перерізу Zipse], а також вивести з ладу мікросхеми. Другим природним явищем, пов'язаним з грозою, є атмосферна електрика. Електричний потенціал грозової хмари під час дощу може становити десятки мільйонів, до 1 млрд. Вольт. Коли напруженість електричного поля між хмарою та поверхнею землі досягає 500…1000 В/м, починається електричний розряд із гострих предметів (щогли, труби, дерева тощо). Під час розрядів блискавки напруженість поля може різко змінювати свій напрямок. Висока напруженість поля, викликана атмосферною електрикою, може наводити потенціали завбільшки кілька тисяч Вольт у "плаваючих" ланцюгах з високим опором ізоляції на землю і призводити до пробою оптронів у модулях гальванічної розв'язки. Для захисту від атмосферної електрики гальванічно ізольовані ланцюги, що не мають низькоомного шляху на землю, повинні бути поміщені в заземлений електростатичний екран або з'єднані із землею через резистор опором 0,1...1 МОм (див. розділ "Виконавче обладнання та приводи"). Зокрема, атмосферна електрика є однією з причин, через які промислові мережі прокладають екранованим кабелем. Екран слід заземлювати лише в одній точці (див. розділ "Екранування сигнальних кабелів"). Слід зазначити, що блискавковідводи, що служать захисту від прямого удару блискавки, що неспроможні істотно зменшити напруженість електричного поля атмосферних зарядів і не захищають апаратуру від потужного електромагнітного імпульсу під час грози. |
