Исследовательская работа "Изучение шаровой молнии" 10 класс


I Введение
1. Актуальность
Во время гроз возникают вспышки молний различного типа. Три наиболее
распространенных типа молнии: обычная, или линейная, молния, которая часто
видна в небе как яркая, четко очерченная дорожка; ленточная молния, слабо
светящаяся и охватывающая широкую полосу небосвода, и, наконец, шаровая
молния, светящаяся иногда очень слабо, а иногда очень ярко, но в целом
представляющая собой очень необычное явление как в отношении формы, так и в
отношении своего движения. Шаровая молния — одно из интереснейших явлений
природы. Загадочные явления образования огненных шаров при грозах с давних
пор привлекают к себе внимание людей. История наблюдений шаровой молнии
насчитывает тысячелетия. Отсюда можно заключить, что ее природа, видимо,
связана с естественными явлениями в атмосфере. Исследования молнии включают
в себя два элемента: сбор и анализ наблюдений, а также изучение процессов,
составляющих ее природу.
Проблема:
Почему я выбрал эту тему?
Шаровые молнии - восхитительные и захватывающие явления природы. В то же
время – это один из самых опасных и непредсказуемых природных феноменов. Мне
очень захотелось побольше узнать об этом природном явлении.
Цель исследования:
Изучение природы шаровой молнии.
2. Задачи:
1. Изучение причины появления шаровых и обычных молний.
2. Понять сущность природного явления – молния.
3.Рассмотреть различные виды молний.
4.Узнать, изучить и выявить меры безопасности при встрече с молнией.
5.Сделать выводы о проделанном исследовании.
II. Основная часть
1. История (Приложение 1)
В каждый момент времени в разных точках Земли сверкают молнии более 2000
гроз. В каждую секунду около 50 молний ударяются в поверхность земли, и в
среднем каждый ее квадратный километр молния поражает шесть раз за год.
Молнии издавна интересуют ученых, но и в наше время об их природе мы знаем
лишь немного больше, чем 250 лет тому назад, хотя смогли их обнаружить даже на
других планетах. Изучать то, что произойдет непонятно где и когда, очень сложно.
А именно так в течение долгих лет работали ученые, исследующие природу
молний. Считается, что грозой на небе руководит Илья-пророк и нам не дано знать
его планы. Однако ученые очень - давно пытались заменить Илью-пророка,
создавая проводящий канал между грозовой тучей и землей. Б. Франклин для этого
во время грозы запускал воздушный змей, оканчивающийся проволокой и связкой
металлических ключей. Этим он вызывал слабые разряды, стекающие вниз по
проволоке, и первым доказал, что молния - это отрицательный электрический
разряд, стекающий с облаков на землю. Опыты Франклина были чрезвычайно
опасными. Электрическая природа молнии была раскрыта в исследованиях
американского физика Б. Франклина. Широко известен опыт Франклина по
выяснению электрической природы молнии. В 1750 г им опубликована работа, в
которой описан эксперимент с использованием воздушного змея, запущенного в
грозу. Опыт Франклина был описан в работе Джозефа Пристли.
2. Физические свойства молнии
Молния - вечный источник подзарядки электрического поля Земли. В начале XX
века с помощью атмосферных зондов измерили электрическое поле Земли. Его
напряженность у поверхности оказалась равной примерно 100 В/м, что
соответствует суммарному заряду планеты около 400 000 Кл. Переносчиком
зарядов в атмосфере Земли служат ионы, концентрация которых увеличивается с
высотой и достигает максимума на высоте 50 км где под действием космического
излучения образовался электропроводящий слой - ионосфера. Поэтому
электрическое поле Земли - это поле сферического конденсатора с приложенным
напряжением около 400 кВ. Под действием этого напряжения из верхних слоев в
нижние все время течет ток силой 2-4 кА, плотность которого составляет 1-2 10
12
А/м
2
, и выделяется энергия до 1.5 ГВт. И это электрическое поле исчезло бы, если
бы не было молний! Поэтому в хорошую погоду электрический конденсатор -
Земля - разряжается, а при грозе заряжается. Существуют три вида молнии:
линейные, неточные и шаровые. К этому же классу явлений относится коронный
разряд или неполный разряд газового промежутка, получивший у моряков название
"огней Святого Эльма". (Приложение 2)
Параметры обычных линейных молний в земных условиях следующие:
а) длина - не более 10 км, некоторые разряды простираются в атмосфере на
расстояние до 20 км.
б) диаметр канала - до 40 см,
в) сила тока- 10
6
- 10" А,
г) длительность одной молнии -10
4
с,
д) общее число молний, проходящих в одном канале, - до 50 молний;
е) температура в канале - до 30 000°К.
Зимой грозы очень редки. Ф. И. Тютчев, написав "Люблю грозу в начале мая, когда
весенний первый гром…", знал, что зимой гроз почти не бывает. Чтобы
образовалось грозовое облако, необходимы восходящие потоки влажного воздуха.
Концентрация насыщенных паров растет с повышением температуры и
максимальна летом. Разница температур, от которой зависят восходящие потоки
воздуха, тем больше, чем выше его температура у поверхности земли, так как на
высоте нескольких километров его температура не зависит от времени года. Значит,
интенсивность восходящих потоков максимальна тоже летом. Поэтому и грозы у
нас чаще всего летом, а на севере, где и летом холодно, грозы довольно редки.