雷とは何ですか?またどのように発生するのでしょうか?
雷雲の起源
地上高く立ち上る霧は水の粒子で構成され、雲を形成します。大きくて重い雲を積雲といいます。雲の中には、稲妻や雷鳴を引き起こさない単純なものもあります。他のものは、雷雨を引き起こし、稲妻と雷を形成するため、雷雨と呼ばれます。雷雲は、電気を帯びているという点で通常の雨雲とは異なり、プラスのものもあればマイナスのものもある。
雷雲はどのようにして形成されるのでしょうか？雷雨のときの風がどれほど強いかは誰もが知っています。しかし、森や山が空気の動きを妨げない地上のより高い場所では、さらに強い空気の渦が形成されます。この風は雲の中で主にプラスとマイナスの電気を発生させます。
各液滴の中心にはプラスの電気があり、液滴の表面に沿って同量のマイナスの電気が見られます。落ちた雨粒は風に乗って気流に乗ります。風が水滴に勢いよくぶつかり、粉々に砕きます。この場合、剥がれた液滴の外側の粒子はマイナスに帯電します。
液滴の残りの大きくて重い部分は、正の電気を帯びています。雲の中で重い水滴が蓄積している部分はプラスの電気を帯びています。雲から降る雨は雲の電気の一部を地面に伝え、雲と地面の間に電気引力が生じます。
図では。図１は、雲の中と地表上の電気の分布を示しています。雲がマイナスの電気で帯電している場合、雲に引き寄せられようとして、地球のプラスの電気が、電流を流すすべての高い物体の表面に分布します。地上にある物体が高くなるほど、雲の上端と下端の間の距離が小さくなり、ここに残る空気の層が小さくなり、逆の電気を発します。このような場所では、雷が地面を貫通しやすくなるのは明らかです。これについては後ほど詳しく説明します。
米。 1. 雷雲と地上物における電気の分布
雷の原因は何ですか?
高い木や家に近づくと、電気を帯びた雷雲が作用します。図では。マイナスの電気を帯びた1つの雲はプラスの電気を屋根に引き寄せ、家のマイナスの電気は地面に流れ込みます。
クラウド内と家の屋根上の両方の電気は、互いに引き付け合う傾向があります。クラウドにたくさんの電気があれば、その影響で家にもたくさんの電気が発生します。
流入した水がダムを侵食して激流に突入し、その無制限の動きで谷を氾濫させるのと同じように、電気は雲の中にどんどん蓄積され、最終的には地表から隔てている空気の層を突き破って勢いよく押し寄せる可能性があります。地球へ、反対側の電気へ。強力な放電が発生し、電気火花が雲と家の間を滑り落ちます。
これは家を襲う雷です。雷放電は雲と地面の間だけでなく、異なる種類の電気を帯びた 2 つの雲の間でも発生することがあります。
風が強ければ強いほど、雲に早く電気が充電されます。風はプラスの電気とマイナスの電気を分離するために一定の仕事を費やします。
雷はどのように発生するのでしょうか?
ほとんどの場合、地面に落ちる雷は、マイナスの電気を帯びた雲から発生します。このような雲から落ちた雷はこのように発展します。
まず、少量の電子が狭いチャネルを雲から地上に流れ始め、空気中に一種の流れを形成します。
図では。図２は、この稲妻形成の開始を示している。雲の中でチャネルが形成され始める部分には、高速で移動する電子が蓄積され、空気原子と衝突して原子核と電子に分裂します。
米。 2. 雲の中で稲妻が発生し始める
この場合に放出された電子も地面に突入し、再び空気の原子に衝突して原子を分離します。それは山に雪が降るのと似ています。最初は小さな塊が転がり落ち、雪の結晶がそれにくっついて成長し、飛行速度を速めて大きな雪崩になります。
そしてここで電子雪崩が新たな量の空気を捕らえ、その原子を断片に分割します。この場合、空気は加熱され、温度が上昇するにつれてその伝導率が増加します。絶縁体から導体に変化します。結果として生じる雲からの空気の伝導チャネルを通じて、電気がどんどん排出され始めます。電気は秒速100キロメートルにも達する猛スピードで地球に近づいています。
100 分の 1 秒以内に、電子の雪崩が地面に到達します。これで終了するのは、稲妻の最初の、いわば「準備」部分だけです。つまり、稲妻が地面に到達したことになります。 Lightning 開発の 2 番目の主要な部分はまだこれからです。雷の形成の考慮される部分は導体と呼ばれます。この外来語はロシア語で「リーダー」を意味します。ガイドは稲妻の 2 番目のより強力な部分に道を譲りました。この部分をメイン部分と呼びます。チャネルが地面に到達するとすぐに、電気はより激しく迅速に流れ始めます。
ここで、水路に蓄積されたマイナスの電気と雨滴とともに地面に落ちたプラスの電気の間に接続があり、電気的作用によって雲と地面の間に電気の放電が起こります。このような放電は非常に強力な電流です。この強さは、従来の電気ネットワーク内の電流の強さよりもはるかに大きいです。
チャネルを流れる電流は非常に急速に増加し、最大強度に達した後、徐々に減少し始めます。このような強い電流が流れる雷管は非常に発熱するため、明るく輝きます。しかし、雷放電で電流が流れる時間は非常に短いです。放電は 1 秒のほんのわずかな時間しか継続しないため、放電中に生成される電気エネルギーは比較的小さくなります。
図では。図 3 は、避雷針が地面に向かって徐々に移動する様子を示しています (左側の最初の 3 つの図)。
米。 3. 避雷針 (最初の 3 つの数字) とその主要部分 (最後の 3 つの数字) の段階的な開発。
最後の 3 つの図は、稲妻の 2 番目 (主要な) 部分の形成の個別の瞬間を示しています。フラッシュを見ている人は、当然のことながら、そのガイドと主要部分を区別することはできません。なぜなら、フラッシュは同じ経路上で非常に速く相互に追従するからです。
2 つの異なる種類の電気を接続すると、電流が遮断されます。通常、雷はそこで止まりません。多くの場合、新しいリーダーは最初の投球によって切り開かれた道に沿ってすぐに突進し、彼の後ろには同じ道に再び投球の目の部分があります。これで２回目の排出が完了します。
このような個別のカテゴリは最大 50 個存在でき、それぞれが独自のリーダーと本体で構成されます。ほとんどの場合、それらは2〜3個あります。個別の放電の出現により稲妻が断続的になり、稲妻を見ている人には稲妻がちらつくように見えることがよくあります。これがフラッシュがちらつく原因です。
別々の放電が形成されるまでの時間は非常に短いです。 100 分の 1 秒を超えることはありませんが、放電の数が非常に多い場合、雷の持続時間は 1 秒または数秒に達することがあります。
ここでは、最も一般的な 1 種類の雷だけを考慮しました。この稲妻は肉眼では線、つまり白、水色、または明るいピンクの細く明るい帯として見えるため、線状稲妻と呼ばれます。
線雷の長さは数百メートルから数キロメートルにも及びます。雷の進路は通常ジグザグです。雷には多くの分岐があることがよくあります。すでに述べたように、線状雷放電は雲と地面の間だけでなく、雲と雲の間でも発生することがあります。
ボールライトニング
ただし、線状雷に加えて、はるかにまれですが、他の種類の雷も発生します。そのうちの1つ、最も興味深いボールライトニングについて考えてみましょう。
時々、火の玉である雷の放電が発生することがあります。球雷がどのように形成されるかはまだ研究されていませんが、この興味深いタイプの雷放電の利用可能な観察により、いくつかの結論を引き出すことができます。
ほとんどの場合、ボールライトニングはスイカや梨のような形をしています。それは、数分の一から数分まで、比較的長く続きます。
ボールライトニングの最も一般的な持続時間は 3 ～ 5 秒です。ほとんどの場合、ボールライトニングは、雷雨の終わりに、直径10〜20センチメートルの赤く光るボールの形で現れます。まれに、サイズが大きくなる場合もあります。たとえば、直径約10メートルの稲妻が撮影されました。
ボールは時々、目がくらむほど白く、輪郭が非常に鮮明であることがあります。ボールライトニングは通常、シューという音、ブーンという音、またはシューという音を出します。
球状の稲妻は静かに消えることもありますが、かすかなパチパチという音や、耳をつんざくような爆発音を発することもあります。それが消えると、刺激的な臭いの霧が残ることがよくあります。地面の近くまたは屋内では、ボール状の稲妻は走る人間の速度 (秒速約 2 メートル) で移動します。ボールはしばらく静止したままになる可能性があり、そのような「落ち着いた」ボールは消えるまでシューシューという音を立てて火花を散らします。時々、球状の稲妻が風によって動かされているように見えますが、通常、その動きは風とは無関係です。
球雷は密閉された空間に引き寄せられ、開いた窓やドア、さらには小さな亀裂からも侵入します。パイプは彼らにとって良い方法です。キッチンのオーブンから火の玉がよく出てくるのはそのためです。部屋中を移動した後、稲妻の玉は部屋から出ていき、多くの場合、入ってきたのと同じ経路を通って出ていきます。
雷は数センチから数メートルの距離で２～３回上がったり落ちたりすることがあります。このような浮き沈みと同時に、火の玉が時々横方向に移動し、その後、玉の稲妻がジャンプしているように見えます。
多くの場合、球雷は最も高い点を優先してワイヤー上に「定着」するか、ワイヤーに沿って、たとえば排水管に沿って転がります。火の玉は人々の体に沿って、時には衣服の下を移動し、重度の火傷を引き起こし、場合によっては死に至ることもあります。落雷によって人や動物に致命的な被害が発生した事例は数多くあります。熱雷は建物に非常に深刻な損傷を引き起こす可能性があります。
雷はどこに落ちますか?
雷は絶縁体である空気の厚さを通る放電であるため、最も多くの場合、雲と地表上の物体との間の空気層が小さい場所で発生します。直接観察すると、雷は高い鐘楼、塔、木、その他の高い物体に落ちる傾向があることがわかります。
しかし、雷は高い物体にだけ突撃するわけではありません。同じ高さの隣接する 2 本のマスト、1 つは木製で、もう 1 つは金属製で、互いに遠く離れて立っており、稲妻が金属製のマストに向かって突進します。これには 2 つの理由があり、1 つ目は、たとえ濡れていても、金属は木材よりもはるかに電気を通しやすいことです。第二に、金属マストは地面にしっかりと接続されており、リーダーの開発中に地面からの電気がより自由にマストに流れることができます。
後者の状況は、さまざまな建物を雷から保護するために広く使用されています。地面と接触する金属マストの表面積が大きいほど、雲からの電気が地面に伝わりやすくなります。
これは、液体の流れが漏斗からボトルに注がれる様子にたとえられます。漏斗の開口部が十分に大きい場合、ジェットはボトルに直接入ります。漏斗の開口部が小さい場合、液体は漏斗の端から溢れ始め、床に流れ込みます。
雷は地球の平らな表面でも落ちる可能性がありますが、同時に土壌の電気伝導率がより高い場所に雷が落ちます。したがって、たとえば、湿った粘土や湿地は、乾いた砂や石の多い乾燥した土壌よりも早く雷に打たれます。同じ理由で、雷は近くにそびえる背の高い乾いた木々よりも、川や小川の岸辺に落ちます。
この雷の特性、つまり、接地され、導電性の高い物体に突進する性質は、さまざまな保護装置を実装するために広く利用されています。