|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
страницы:
1
2
3
Текущая страница: 1
|
|
ФИЗИЧЕСКАЯ ПРИРОДА И ОПАСНЫЕ ФАКТОРЫ АТМОСФЕРНОГО ЭЛЕКТРИЧЕСТВА
Атмосферное электричество образуется и концентрируется в облаках — образованиях из мелких водяных частиц, находящихся в жидком и твердом состоянии.
Площадь океанов и морей составляет 71 % поверхности земного шара. Каждый 1 см2 поверхности Земли в те чение года в среднем получает 460 кДж солнечной энергии. Подсчитано, что из этого количества 93 кДж/(см*год) расходуется на испарение воды с по верхности водных бассейнов. Подни маясь вверх, водяные пары охлаждают ся и конденсируются в мельчайшую во дяную пыль, что сопровождается выде лением теплоты парообразования (2260 кДж/л). Образовавшийся избы ток внутренней энергии частично расхо дуется на эмиссию частиц с поверхности мельчайших водяных капелек. Для от
деления от молекулы воды протона (Н) требуется 5,1 эВ, для отделения электрона —12,6 эВ, а для отделения молекулы от кристалла льда достаточно 0,6 эВ, поэтому основными эмитируемы ми частицами являются молекулы воды и протоны. Количество эмитируемых протонов пропорционально массе час тиц. Результирующий поток протонов всегда направлен от более крупных ка пелек к мелким. Соответственно более крупные капельки приобретают отрица тельный заряд, а мелкие — положи тельный. Чистая вода — хороший диэ лектрик и заряды на поверхности капе лек сохраняются длительное время. Бо лее крупные тяжелые отрицательно за ряженные капельки образуют нижний отрицательно заряженный слой облака. Мелкие легкие капельки объединяются в верхний положительно заряженный слой облака. Электростатическое притя жение разноименно заряженных слоев поддерживает сохранность облака как целого.
Эмиссия протонов возникает допол нительно при кристаллизации водяных частиц (превращении их в снежинки, градинки), так как при этом выделяет ся теплота плавления, равная 335 кДж/л. При соударениях капелек, снежинок, градинок работа ветра в ко нечном счете приводит к эмиссии прото нов, к изменению величины заряда час тиц. Следовательно, атмосферное элект ричество (АтЭ) и статическое электри чество (СтЭ) имеют одинаковую физи ческую природу. Различаются они масштабом образования зарядов и зна ком эмитируемых частиц (электроны или протоны).
О единстве природы АтЭ и СтЭ сви детельствуют опытные данные. Сухой снег представляет собой типичное сыпу чее тело; при трении снежинок друг о друга и их ударах о землю и о местные предметы снег должен электризоваться, что и происходит в действительности. Наблюдения на Крайнем Севере и в Си бири показывают, что при низких темпе ратурах во время сильных снегопадов и метелей электризация снега настолько велика, что происходят зимние грозы, в облаках снежной пыли бывают видны синие и фиолетовые вспышки, наблюдается свечение остроконечных предметов, образуются шаровые молнии. Очень ;ильные метели иногда заряжают телеграфные провода так сильно, что подк:лючаемые к ним электролампочки светятся полным накалом. Те же явления наблюдаются во время сильных пыльных (песчанных) бурь.
Наличие множества взаимодействующих факторов дает сложную картину распределения зарядов АтЭ в обла ках и их частях. По экспериментальным данным нижняя часть облаков чаще всего имеет отрицательный заряд, а верхняя — положительный, но может иметь место и противоположная полярность частей облака. Облака могут также нести преимущественно заряд одного знака.
Заряд облака (части облака) образуют мельчайшие одноименно заряженные частицы воды (в жидком и твердом состоянии), размещенные в объеме нескольких км3.
Электрический потенциал грозового облака составляет десятки миллионов вольт, но может достигать 1 млрд. В. Однако общий заряд облака равен нескольким кулонам.
Основной формой релаксации заря дов АтЭ является молния— электрический разряд между облаком и землей или между облаками (частями облаков). Диаметр канала молнии равен примерно 1 см, ток в канале молнии составляет десятки килоампер, но может достигать 100 кА, температура в канале молнии равна примерно 25 000°С, продолжительность разряда составляет доли секунды.
Молния является мощным поражающим опасным фактором. Прямой удар молнии приводит к механическим раз-рушениям зданий, сооружений, скал, деревьев, вызывает пожары и взрывы, является прямой или косвенной причиной гибели людей. Механические разрушения вызываются мгновенным превращением воды и вещества в пар высокого давления на путях протекания тока молнии в названных объектах. Прямой удар молнии называют первичным воз действием атмосферного электричества.
К вторичному воздействию АтЭ относят: электростатическую и электро магнитную индукции; занос высоких по тенциалов в здания и сооружения.
Рассмотрим опасные факторы вто ричного воздействия АтЭ. Образовав шийся электростатический заряд обла ка наводит (индукцирует) заряд проти воположного знака на предметах, изо лированных от земли (оборудование внутри и вне зданий, металлические крыши зданий, провода ЛЭП, радиосети и т. п.). Эти заряды сохраняются и пос ле удара молнии. Они релаксируют обычно путем электрического разряда на ближайшие заземленные предметы, что может вызвать электротравматизм людей, воспламенение горючих смесей и взрывы. В этом заключается опас ность электростатической индукции.
Текущая страница: 1
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
