Молния – мощный электрический искровой разряд, который возникает во время грозы, сопровождается громом, а также яркими вспышками света. Попадая в деревья, она, как правило, провоцирует их возгорание. Это значит, что молния способна нагревать окружающую среду, в том числе и водоемы.
Механизм и свойства молнии
Молнии возникают в результате электризации облаков. Их разряды появляются внутри облаков, между облаком и поверхностью земли либо соседними тучами. Непосредственно перед разрядом возникает разность потенциалов между облаками или тучей и землей – в зависимости от вида молнии.
Электризация в облаках происходит за счет своего рода «трения» мельчайших частиц – льдинок и капель воды, из которых и состоит грозовая туча. Верхняя ее часть находится на высоте около 6-7 км, нижняя – от 0,5 до 1 км. Льдинки в облаке постоянно двигаются из-за перемещения воздушных потоков. Таким образом, нижняя часть тучи имеет отрицательный заряд, а верхняя – положительный.
Схема образования молнии
Интересный факт: молнии чаще ударяют в объекты на суше. Однако самая высокая вероятность удара молнии в мире отмечается над венесуэльским районом впадения реки Кататумбо в озеро Маракайбо. Их частота – 250 разрядов на квадратный километр в год.
Напряжение электрического поля грозового облака очень высокое – оно измеряется в миллионах и миллиардах вольт. Когда области с противоположными зарядами оказываются слишком близко друг к другу, происходит разряд молнии. Он характеризуется огромной силой тока – от 10 000 до 500 000 ампер. Напряжение и сила тока зависят от многих факторов, например, длины, продолжительности молнии, размера облака, в котором она образовалась.
Как рассчитать температуру нагрева водоема при ударе молнии?
Разряд сопровождается выделением огромного количества энергии, которое достигает миллиарда джоулей. Яркое свечение свидетельствует о высокой температуре в канале молнии – около 30 000℃, а это в несколько раз больше температуры на поверхности Солнца.
Для оценки теплового действия электрического тока используют физический закон Джоуля-Ленца, который ученые установили независимо друг от друга в разное время:
Q = I2Rt, где Q – количество тепла, I – сила тока, R – сопротивление, t – промежуток времени
В качестве средней силы тока можно взять значение в 200 000 ампер. Промежуток времени – это продолжительность молнии – 0,2 секунды в среднем. Чтобы узнать сопротивление воды в пруду, необходимы его радиус, глубина и удельное сопротивление (50 Ом . м). Если принять глубину пруда за 1 метр, радиус за 25 метров, то сопротивление воды будет равно 0,025 Ом.
Молнии Кататумбо
Количество выделенного тепла – 2,04 х 108 Дж. В пруду заданного размера масса воды составляет около 2 тонн, а ее удельная теплопроводность – 4200 Дж/(кг.℃). Зная все эти параметры, при помощи формулы удельной теплопроводности можно узнать, на сколько градусов нагреется вода в пруду, а именно – на 0,024℃.
Этот показатель слишком мал. Но если представить, что в пруд ударила более мощная молния (500 000 ампер) с максимальной продолжительностью (свыше 7 секунд), то вода нагреется примерно на 5℃. Примечательно, что, к примеру, на Юпитере молнии появляются намного реже, однако они гораздо мощнее земных. Такой разряд мог бы нагреть воду на 25℃.
Вышеуказанные расчеты являются лишь приблизительными, так как имеют массу погрешностей. Следует учитывать испарение воды в момент удара молнии, медленное распространение нагрева и другие факторы. Поэтому, если разряд попадет в пруд, вода в нем нагреется несущественно.
