Мълния — електрически разряд: как се образува, факти и опасности

Мълния — мощен електрически разряд: как се образува, важни факти и рискове. Научете причините, статистиката и ефективни мерки за защита при гръмотевична буря.

За отбора от НХЛ вижте Tampa Bay Lightning

За изтребителя от Втората световна война вижте P-38 Lightning

Мълнията е мощен електрически разряд, който се получава по време на гръмотевична буря. Електрическият ток прави въздуха много горещ. Внезапно нагретият въздух се разширява много бързо, което предизвиква гръмотевици. Понякога мълнията се появява между облаците. Понякога (по време на дъжд) мълнията преминава от облака към земята. Ако премине от облака към земята, тя може да удари човек. Всяка година около 2000 души биват ударени от мълния. Около 50 до 100 мълнии удрят Земята всяка секунда. Мълния е удряла Емпайър Стейт Билдинг цели 500 пъти годишно.

Когато мълнията удари, повърхността търка електрони от мълнията и от мълнията към повърхността се изстрелва електрическа искра. При гръмотевична буря в долната част на облака има до 100 милиона волта електричество. Това електричество се раздава или вътре в облака, или към земята, или към друг облак, или във въздуха. Известно е, че мълнията се движи от земята нагоре към облака. През 1993 г. учени откриват мълнии, които се изстрелват нагоре от върха на облак кумулонимбус.

Хората могат да създават и изучават мълнии с бобина на Тесла или с генератор на Ван де Грааф.

Как се образува мълния

Мълнията започва с разделяне на електрични заряди вътре в големи гръмотевични облаци (кумулонимбус). В резултат на сблъсъци между вода в различни форми — капки, ледени кристали и грапави парченца (граупел) — положителните заряди се натрупват в горната част на облака, а отрицателните — в долната. Когато разликата в напрежението между различни части на облака или между облака и земята стане достатъчно голяма, възниква електрически пробив:

• Първо се формира т.нар. "стъпаловиден водач" (stepped leader) — видим или невидим канал на йонизиран въздух, който пробива път към противоположния заряд.
• Когато водачът достигне близо до земята или друг център с противоположен заряд, от земята често излиза възходящ "водещ лъч" и настъпва мощен обратен разряд — "възстановителен удар" (return stroke). Именно той е светкавичната, ярката част на мълнията.

Видове мълнии и явления

• Вътреоблачно (IC) — между части на един облак; най-честият вид.
• Облак–облак (CC) — между два отделни облака.
• Облак–земя (CG) — от облака към земята; може да е отрицателна или положителна в зависимост от знака на тока.
• Облак–въздух (CA) — излиза от облака към чист въздух.
• Надземни електрически явления — спрайтове, джетове, и елфи (sprites, jets, elves), които се проявяват в горните слоеве на атмосферата и са свързани с много силни мълнии.
• Редки форми — балонна мълния (ball lightning) и възходящи удари от върхове на високи постройки.

Характеристики и факти

• Температурата на въздушния канал в мълнията може да достигне около 20 000–30 000 °C — значително по-горещо от повърхността на Слънцето.
• Токът в един удар често е от няколко десетки до стотици хиляди ампери; напреженията са от порядъка на милиони волтове.
• Гръмотевичната вълна (т.е. звукът на гръм) е резултат от бързото разширение на въздуха около нагрятия канал и пътува със скоростта на звука, което обяснява защо светкавицата се вижда преди да се чуе гръмотевицата.
• Положителните мълнии (произхождащи от горните части на облака) са по-силни и по-редки, но могат да причинят по-големи щети.
• Много високите сгради и кули често привличат мълнии; затова са защитени с мълниезащитни системи.

Опасности за хората и имуществото

Мълниите представляват риск за хора и животни на открито, за дървета, сгради, електрически и комуникационни мрежи. При попадане на мълния могат да настъпят:

• физически травми и изгаряния;
• удар чрез отскочил ток (side flash) или ток през земята (ground current), който може да засегне хора на няколко метра от мястото на попадане;
• пожари в сгради и гори;
• повреди на електроника и електрически уреди поради пренапрежения.

Как да се предпазим — основни правила

• При гръмотевична буря търсете сигурно укритие: голяма сграда с метална покривна конструкция или автомобил с метален покрив и затворени прозорци. Автомобилът действа като защитна клетка (Faraday cage), ако прозорците са нагоре.
• Избягвайте открити места, високи единични обекти (самотни дървета, мачти), водни повърхности и метални конструкции.
• На открито: ако нямате къде да се скриете, сведете тялото си колкото е възможно по-ниско, свийте се на топки върху стъпалата и минимизирайте контактa с земята (не лягайте). Ако косата започне да се изправя или усещате щипене, това е знак, че мълнията може да удари — бързо търсете подслон.
• В дома: стойте далеч от прозорци, извори на вода (мивки, душ), проводници и метални предмети; не използвайте проводен телефон. Използвайте предпазители и surge protectors за електрониката.
• Придържайте се към правилото "30–30": ако интервалът между светкавицата и гръмотевичния звук е 30 секунди или по-малко, търсете подслон. Изчакайте поне 30 минути след последния гръм, преди да излезете навън.

Защита на сгради и техника

Мълниезащитните системи включват мълниеприемници (мълниезащитни пръти), проводници и заземяващи електроди, които отвеждат тока безопасно в земята. За допълнителна защита на електрониката се използват устройства за защита от пренапрежение (surge protectors).

Първа помощ при удар от мълния

• Проверете безопасността на мястото. Пострадалите от мълния не носят остатъчен електрически заряд и могат да бъдат докоснати безопасно.
• Ако пострадалият не диша или няма сърдечна дейност, започнете сърдечен масаж и изкуствено дишане (CPR) и повикайте спешна помощ незабавно.
• Лечете видимите изгаряния и травми, покрийте ги стерилно и следете пострадалия за признаци на шок.
• Дори при липса на външни наранявания, пострадалият трябва да бъде прегледан от медицински екип — могат да има вътрешни наранявания, неврологични проблеми или други усложнения.

Изследвания и човешки опити

Учени изучават мълниите чрез наблюдения, ракетни експерименти (извикване на мълнии чрез пускане на ракети с проводници), и лабораторно с помощта на бобини на Тесла и генератори на Ван де Грааф. Изследванията помагат да се разберат механизмите на образуване, да се подобри мълниезащитата и да се минимизират рисковете за хора и инфраструктура.

Бележка: В статията са оставени връзки към свързани теми за допълнително четене. Следването на основните предпазни мерки и правилата за поведение при гръмотевична буря значително намалява риска от нараняване.

Въпроси и отговори

В: Какво представлява светкавицата?

В: Какво причинява гръмотевиците по време на гръмотевична буря?

В: Мълниите само между облаците ли се появяват?

В: Колко души биват поразявани от мълнии всяка година?

В: Колко мълнии удрят Земята всяка секунда?

Въпрос: Коя известна сграда е била поразявана от мълнии цели 500 пъти годишно?

В: Как хората могат да създават и изучават мълнии?

Търсене по буква