Orage- une belle et effrayante manifestation des forces de la nature. Dans les temps anciens, il était considéré comme un signe de la colère de dieux puissants, car la grandeur de ce phénomène effrayait et en même temps ravissait nos ancêtres. Mais la science a depuis longtemps percé le mystère éclair étincelant et tonnerre assourdissant. Le tonnerre commence par la foudre, la foudre commence par le tonnerre et le tonnerre commence dans les nuages.
Des nuages- Ce sont des accumulations de gouttes microscopiques d'eau ou de cristaux de glace. Il y a beaucoup de différents types nuages, mais un seul type génère du tonnerre et des éclairs - les orages. C'est un gros cumulus, généralement de la pluie. Il est plat en dessous, grand en hauteur et en superficie. C'est en elle que naît la foudre.
Éclair est une puissante décharge électrique dans l'atmosphère. Il existe deux types de foudre : intracloud et sol. Frappe intra-nuage de nuage à nuage et terrestre - de nuage à sol. Ils surviennent en raison de la différence de potentiel entre deux nuages ou entre un nuage et le sol. Il s'agit d'un phénomène complexe dans lequel la charge électrique du nuage est convertie en chaleur et en lumière. La température de la foudre peut atteindre 30 000°C. C'est ce qui cause le tonnerre. Lorsqu'il est chauffé à ce haute température l'air se dilate rapidement et une sorte d'onde de choc se forme. À cause de cela, des vibrations de l'air apparaissent, que nous entendons comme le tonnerre. La foudre ne réchauffe pas l'air d'un seul coup, mais la distance et les nuages déforment le son, de sorte que le tonnerre nous atteint dans des grondements retentissants.
La foudre est toujours vue avant le tonnerre. Cela est dû au fait que la vitesse de la lumière est plusieurs fois supérieure à la vitesse du son, de sorte que la lumière de la foudre nous atteint presque sans délai et le tonnerre avec un retard notable. Ainsi vous pouvez facilement calculer la distance jusqu'à l'endroit où la foudre a frappé. Pour cela, vous avez besoin de :
- compter les secondes depuis l'apparition de la foudre jusqu'au début du tonnerre ;
- diviser par trois.
Le nombre résultant est le nombre de kilomètres jusqu'à l'endroit où la foudre a frappé. Les éclairs silencieux et presque invisibles - la foudre - sont généralement trop éloignés et cachés par les nuages, nous n'entendons donc pas le tonnerre d'eux.
L'orage et la foudre restent toujours phénomène mystérieux . différents types la foudre dans différentes couches les atmosphères ne sont pas pressées de révéler leurs secrets. Foudre absolument incroyable dans couches supérieures atmosphères - elfes et sprites, éclairs silencieux qui se produisent indépendamment des nuages orageux. Mystérieux et incompréhensibles sont les éclairs en boule - des décharges électriques imprévisibles qui naissent dans l'atmosphère, flottent dans les courants de vent et pénètrent même parfois à l'intérieur des bâtiments. Et le plus grand mystère pendant longtemps les scientifiques se battent - d'où vient la différence de potentiel, la soi-disant électricité atmosphérique qui génère un orage ?
Le phénomène naturel le plus époustouflant sur terre, sans exagération, peut être appelé un orage. Elle est à la fois belle quand elle perce le ciel de ses rayons et terrible quand on entend le tonnerre. Découvrons ce qui se passe dans le ciel pendant un orage.
Tous ceux qui ont étudié à l'école se souviennent probablement des cours de physique que les nuages recueillent une charge d'électricité en eux-mêmes. La formation de nuages orageux est facilitée par des températures élevées (sous les latitudes tropicales, par exemple).
Le nuage augmente progressivement, s'élevant vers les couches supérieures de l'atmosphère où la température est déjà négative, ainsi commence la formation de cristaux de glace lourds. La couleur du nuage devient sombre, acquérant une teinte "plomb".
Lors de la collision avec des particules d'air, des cristaux de glace et des gouttelettes d'eau sont électrifiés à l'intérieur du nuage. En conséquence, les gouttes d'eau et de glace qui tombent transfèrent une charge négative à la partie inférieure du nuage. A ce moment, il y a une attraction de la partie supérieure du nuage - chargée positivement et de la partie inférieure du nuage - qui est chargée négativement.
Une très grande tension de centaines de millions de volts apparaît entre les parties supérieure et inférieure du nuage. Une énorme étincelle apparaît entre la terre et un nuage de plusieurs kilomètres de long - c'est un éclair.
Le flash qui en résulte chauffe l'air, c'est pourquoi il "éclate" et cette explosion s'appelle le tonnerre. Il gronde avec des carillons, en écho. Ce phénomène peut s'expliquer par le fait que la vitesse de la lumière est bien supérieure à la vitesse du son, de ce fait, la foudre est visible immédiatement, et on entend le tonnerre après quelques secondes.
Ces phénomènes atmosphériques complexes conduisent à la formation d'éclairs et de nuages orageux.
Le recul tant attendu de la chaleur s'accompagne orages violents. À Saint-Pétersbourg, deux orages les plus violents ont balayé la semaine dernière. La vue était terrible. Le ciel semblait se fissurer et se déchirer, des éclairs comme des explosions.
Pourquoi un tel orage se produit-il, comment prend-il naissance dans l'atmosphère ? De telles questions viennent à l'esprit précisément en cette période orageuse. Essayons de le comprendre, en nous appuyant sur des sources compétentes. Comme vous le verrez Température joue ici un rôle important.
Où les orages se produisent-ils le plus souvent ?
Sur les continents sous les tropiques. Il y a un ordre de grandeur moins d'orages au-dessus de l'océan. L'une des raisons de cette asymétrie est l'intense convection dans zones continentales où la terre est efficacement chauffée par le rayonnement solaire. La montée rapide de l'air chauffé contribue à la formation de puissants nuages verticaux convectifs, dans la partie supérieure desquels la température est inférieure à -40°C. En conséquence, des particules de glace se forment, neige roulée, grêle, dont l'interaction dans le contexte d'un flux ascendant rapide conduit à une séparation de charge.
Environ 78% de tous les coups de foudre se produisent entre 30°S. et 30°N. La densité moyenne maximale du nombre d'épidémies par unité de surface terrestre est observée en Afrique (Rwanda). L'ensemble du bassin du fleuve Congo d'une superficie d'environ 3 millions de km 2 présente régulièrement l'activité de foudre la plus élevée.
Comment est chargé un nuage d'orage ?
C'est le plus intérêt Demander en "orage". Les nuages d'orage sont énormes. Pour qu'un champ électrique se produise à l'échelle de plusieurs kilomètres, comparable en amplitude au champ de claquage (environ 30 kV/cm pour l'air en conditions normales), il faut que l'échange aléatoire de charges lors des collisions de particules solides ou liquides troubles conduise à un effet collectif cohérent d'ajout de microcourants dans un courant macroscopique de très grande valeur (plusieurs ampères). Comme le montrent les mesures du champ électrique à la surface de la Terre, ainsi qu'à l'intérieur du milieu nuageux (sur les ballons, les avions et les fusées), dans un nuage d'orage typique, la charge négative "principale" - en moyenne plusieurs dizaines de coulombs - occupe une hauteur intervalle correspondant à des températures de 10 à 25°C. La charge positive "de base" est également de plusieurs dizaines de coulombs, mais est située au-dessus de la charge négative principale, par conséquent, la plupart des décharges de foudre nuage-sol donnent à la terre une charge négative. Cependant, une charge positive plus petite (10 C) se trouve également souvent au bas du nuage.
Pour expliquer la structure (tripôle) du champ et de la charge dans un nuage orageux décrit ci-dessus, une variété de mécanismes de séparation de charge sont considérés. Ils dépendent principalement de facteurs tels que la température et la composition des phases du milieu. Malgré l'abondance de divers mécanismes microphysiques d'électrification, de nombreux auteurs considèrent désormais le principal échange de charge non inductif lors de collisions de petits cristaux de glace (avec des tailles allant de l'unité à la dizaine de micromètres) et des particules de neige roulée. Dans les expériences de laboratoire, la présence de valeur caractéristique température à laquelle le signe de la charge change, la soi-disant. point de retournement, généralement entre 15 et 20°C. C'est cette caractéristique qui a rendu ce mécanisme si populaire, puisque, compte tenu du profil de température typique dans le nuage, il explique la structure tripôle de la distribution de densité de charge.
Des expériences récentes ont montré que de nombreux nuages orageux ont une structure de charge d'espace encore plus complexe (jusqu'à six couches). Les courants ascendants dans de tels nuages peuvent être faibles, mais le champ électrique a une structure multicouche stable. Près de l'isotherme zéro (0 °C), des couches de charge d'espace assez étroites (plusieurs centaines de mètres d'épaisseur) et stables se forment ici, qui sont en grande partie responsables de la forte activité de la foudre. La question du mécanisme et des régularités de la formation d'une couche de charge positive au voisinage de l'isotherme zéro reste discutable. Le modèle développé à l'IAP, basé sur le mécanisme de séparation des charges lors de la fonte des particules de glace, confirme la formation d'une couche de charge positive lors de la fonte des particules de glace près de l'isotherme zéro à une hauteur d'environ 4 km. Les calculs ont montré qu'une structure de champ avec un maximum d'environ 50 kV/m se forme en 10 minutes.
Comment la foudre frappe-t-elle ?
Il existe plusieurs théories. Récemment proposé et étudié nouveau scénario la foudre, associée à l'atteinte par le nuage du régime de criticité auto-organisé. Dans le modèle des cellules électriques (d'une taille caractéristique d'environ 1 à 30 m) avec un potentiel croissant de manière aléatoire dans l'espace et dans le temps, une seule panne à petite échelle entre une paire de cellules peut provoquer une « épidémie » de microdécharges intranuageuses. processus stochastique de « métallisation » fractale du milieu intracloud se joue, c'est-à-dire une transition rapide de l'environnement cloud vers un état ressemblant à un volumineux réseau de fils conducteurs dynamiques, contre lequel le visible à l'oeil canal de foudre - un canal de plasma conducteur à travers lequel la charge électrique principale est transférée
Selon certaines idées, la décharge est initiée par des rayons cosmiques de haute énergie, qui déclenchent un processus appelé claquage incontrôlable. Fait intéressant, la présence d'une structure cellulaire du champ électrique dans un nuage orageux s'avère essentielle pour le processus d'accélération des électrons aux énergies relativistes. Les cellules électriques orientées au hasard, ainsi que l'accélération, augmentent fortement la durée de vie des électrons relativistes dans un nuage en raison de la nature de diffusion de leurs trajectoires. Ceci permet d'expliquer la durée importante des sursauts X et gamma et la nature de leur relation avec les éclairs. Le rôle des rayons cosmiques pour l'électricité atmosphérique devrait être clarifié par des expériences pour étudier leur corrélation avec les phénomènes orageux. De telles expériences sont actuellement menées à la Station scientifique alpine Tien Shan de l'Institut de physique de l'Académie des sciences de Russie et à l'Observatoire de neutrinos de Baksan de l'Institut de recherche nucléaire de l'Académie des sciences de Russie.
On note également que les phénomènes de décharge dans l'atmosphère moyenne, qui sont corrélés à l'activité orageuse, ont reçu des noms différents selon l'altitude au-dessus de la Terre. Ce sont des sprites (la zone de lueur s'étend de 50-55 km à 85-90 km au-dessus du sol, et la durée du flash est de quelques à dizaines de millisecondes), des elfes (altitudes - 70-90 km, durée inférieure à 100 μs) et des jets (décharges, nuages qui commencent dans la partie supérieure et se propagent parfois jusqu'aux hauteurs mésosphériques à une vitesse d'environ 100 km/s).
Température de foudre
Dans la littérature, on peut trouver des données selon lesquelles la température du canal de foudre lors de la décharge principale peut dépasser 25 000 °C. Des preuves évidentes que la température de la foudre peut atteindre 1700 ° C se trouvent sur les sommets rocheux des montagnes et dans les zones à forte activité orageuse fulgurites (du latin fulgur - coup de foudre) - tubes de quartz frittés à partir d'un coup de foudre, qui peuvent être de diverses formes bizarres.
La photo montre une fulgurite trouvée en 2006 en Arizona, USA (détails sur www.notjustrocks.com). L'apparition d'un tube de verre est due au fait qu'il y a toujours de l'air et de l'humidité entre les grains de sable. Le courant électrique de la foudre en une fraction de seconde chauffe l'air et la vapeur d'eau à des températures énormes, provoquant une augmentation explosive de la pression atmosphérique entre les grains de sable et son expansion. L'air en expansion forme une cavité cylindrique à l'intérieur du sable fondu. Un refroidissement rapide ultérieur fixe la fulgurite - un tube de verre dans le sable. Les fulgurites, composées de silice refondue, sont généralement des tubes coniques de l'épaisseur d'un crayon ou d'un doigt. Leur surface interne est lisse et fondue, et la surface externe est formée de grains de sable et d'inclusions étrangères adhérant à la masse fondue. La couleur des fulgurites dépend des impuretés minérales du sol sableux. La fulgurite est très cassante et les tentatives d'élimination du sable adhérent conduisent souvent à sa destruction. Cela est particulièrement vrai pour les fulgurites ramifiées formées dans le sable humide. Le diamètre de la fulgurite tubulaire ne dépasse pas quelques centimètres, la longueur peut atteindre plusieurs mètres; la fulgurite a été trouvée de 5 à 6 mètres de long.
L'étude de la foudre et de l'électricité atmosphérique en général est une direction scientifique très intéressante et importante. De nombreux articles scientifiques ont été publiés sur ce sujet et Articles populaires. Un lien vers l'un des articles de synthèse les plus complets est donné à la fin de notre note.
En conclusion, je voudrais souligner que la foudre - menace sérieuse pour la vie des gens. La défaite d'une personne ou d'un animal par la foudre se produit souvent dans des espaces ouverts, car le courant électrique traverse le chemin le plus court"tempête nuage-terre". La foudre frappe souvent les arbres et les installations de transformateurs sur chemin de fer les faisant s'enflammer. Il est impossible d'être frappé par la foudre linéaire ordinaire à l'intérieur d'un bâtiment, cependant, il existe une opinion selon laquelle la soi-disant foudre en boule peut pénétrer à travers les fissures et ouvre les fenêtres. La foudre ordinaire est dangereuse pour les antennes de télévision et de radio situées sur les toits des immeubles de grande hauteur, ainsi que pour les équipements de réseau.
L'orage est un phénomène effrayant. Peu importe où nous sommes. A la maison ou dans la rue. C'est toujours effrayant. L'éblouissement éblouissant, le grondement roulant sont effrayants. Les sons semblent se rattraper, tantôt s'approcher, tantôt s'éloigner. Dans les temps anciens, les gens considéraient le rugissement du ciel comme la colère des dieux. Et la foudre - une épée punitive. Mais nous comprenons que ces phénomènes ont une explication plus terrestre. Pourquoi le tonnerre gronde-t-il ? Pourquoi est-il inséparable de la foudre ? Pourquoi pleut-il pendant un orage ?
Comment se forment les nuages orageux ?
À air atmosphérique il y a de l'eau. En couple. Sous l'influence de la température élevée de l'air, de la vapeur chaude s'élève de la surface de l'eau de la terre. L'air chaud le pousse par le bas.
Les températures sont plus basses dans les couches supérieures de l'atmosphère. Plus la vapeur d'eau monte, plus elle se refroidit autour d'elle. En conséquence, il se refroidit.
L'atmosphère contient plus que des gaz et de l'eau. Il y a aussi de la poussière. La vapeur refroidie se condense autour de ses plus petites particules. De petites gouttelettes d'eau et des glaçons se transforment en nuages. Ils sont différents. Sous forme de plumes ou d'énormes piles, de rayures blanches sur la pente céleste ou de chiffons déchirés.
Les nuages d'orage se forment en raison de la collision des masses d'air. Ensuite, de très nombreux cristaux d'eau se rassemblent dans la partie supérieure. Il s'avère une sorte de voile dense blanc. Il illumine tout le nuage de froid, qui acquiert une riche teinte de plomb. C'est pourquoi nous appelons ces nuages "plomb", "lourd".
Frai du tonnerre et de la foudre
Les nuages d'orage engendrent des lueurs. Et la foudre, à son tour, est un rugissement céleste. Comment cela peut-il arriver? Pourquoi le tonnerre gronde-t-il ?
1. Les gouttelettes et les particules de glace au sommet d'un nuage orageux interagissent avec les molécules d'air et sont chargées d'électricité. Quand ils deviennent lourds, ils tombent. Ainsi, la partie inférieure du nuage devient chargée négativement.
2. En même temps, une charge positive s'accumule au sommet du nuage. Plus et moins s'attirent.
3. Sous l'influence de l'attraction du positif et du négatif, une tension surgit. Compte tenu de la taille du nuage (jusqu'à une dizaine de kilomètres de large), cette tension atteint des centaines de millions de volts. C'est ainsi que naît la foudre.
4. Une étincelle émergeant d'un nuage suit le sol. Sa température est énorme - plus de vingt degrés. En raison du mouvement rapide de la flèche enflammée dans l'atmosphère, grande pression. Et immédiatement derrière, l'air est fortement comprimé, revenant à son état d'origine. Il fait un bruit explosif. C'est ainsi que naît le tonnerre.
FAQ:
Pourquoi voyons-nous d'abord l'éclair puis entendons-nous le bruit du tonnerre ?
Parce que la vitesse de la lumière est des centaines de millions de fois plus vite du son.
Pourquoi entendons-nous le tonnerre ?
Parce que les ondes sonores rencontrent divers obstacles sur leur chemin (nuages, terre) et sont réfléchies par eux. Cela se produit plusieurs fois. D'où le roulement du tonnerre.
Parfois, nous voyons un bliskavitsa, mais nous n'entendons pas de carillons. Pourquoi?
La tempête est trop loin de nous, à plus de vingt kilomètres.
Bien sûr, tout le monde le sait phénomène atmosphérique comme un orage. Chaque jour sur Terre, il y a au moins un millier et demi d'orages. La plupart d'entre eux sont observés sur les continents, sur les océans, ils sont beaucoup moins nombreux. L'activité orageuse maximale peut être observée sur le territoire Afrique centrale. Au-dessus de l'Arctique et de l'Antarctique, ce phénomène est pratiquement absent.
L'orage est l'un des plus dangereux phénomène naturel. Peu de gens le savent, mais le nombre des morts survenues lors d'un orage ne peuvent être comparées qu'à des inondations. À l'intérieur nuage de tonnerre ou entre la surface de la terre et nuages cumulus des décharges électriques se produisent - des éclairs, accompagnés de tonnerres. Pourquoi le tonnerre gronde-t-il pendant un orage ? Beaucoup de gens s'intéressent à cette question, mais avant d'y répondre, il est nécessaire de comprendre ce que sont un orage et un éclair. Quelle est leur nature, de quoi découlent-ils ?
Orage
Un orage est "lancé" par l'énergie qui se produit lors de la convection de l'air. Suite air chaud monte vers le haut, si l'apport d'humidité dans les couches supérieures est suffisant, il existe des conditions préalables à la formation d'un orage. Dans la haute atmosphère, il existe une différence de charges électriques entre les morceaux de glace en raison de leur mouvement rapide. Une humidité élevée, des banquises et de l'air chaud s'élevant du sol contribuent à la formation des nuages d'orage. Les orages se reproduisent phénomène terrible comme les tornades qui apparaissent si souvent sur le continent américain. Les tornades se forment sous les nuages orageux.
Éclair
Un fait intéressant est que la foudre ne se produit pas seulement sur Terre. Les astronomes ont enregistré des éclairs sur Jupiter, Saturne, Vénus et Uranus. Le courant dans une décharge de foudre varie de 10 000 à 100 000 ampères et la tension peut atteindre 50 millions de volts ! La foudre atteint des tailles gigantesques - jusqu'à 20 kilomètres. La température à l'intérieur d'un éclair peut atteindre jusqu'à cinq fois la température à la surface du Soleil.
L'apparition de la foudre dans un orage est facilitée par l'électrification des nuages. Cela est dû au fait que le nuage d'orage est très grand. Si le sommet d'un tel nuage se trouve à une hauteur de sept kilomètres, son bord inférieur peut pendre au-dessus du sol à une hauteur d'un demi-kilomètre. À une altitude de 3 à 4 kilomètres, l'eau gèle et se transforme en petits morceaux de glace, qui sont en mouvement constant à cause des courants d'air chaud montant du sol.
En se heurtant les unes aux autres, les banquises sont électrifiées. Les plus petits sont chargés "positivement" et les plus grands - "négativement". En raison de la différence de poids, de petits morceaux de glace se trouvent au sommet du nuage d'orage et les gros en bas. Il s'avère que le haut du nuage est chargé positivement et que le bas est chargé négativement.
En se rapprochant les unes des autres, des régions chargées différemment créent un canal de plasma à travers lequel d'autres particules chargées se précipitent. C'est l'éclair que nous voyons. Étant donné que tout courant suit le chemin de moindre résistance, la foudre ressemble à un zigzag.
Tonnerre
Dans les temps anciens, les gens avaient également peur du tonnerre et de la foudre. Pas étonnant que de nombreuses nations dieu suprême appelé le Tonnerre. Toute décharge de foudre est accompagnée de tonnerre. En fait, le tonnerre est des vibrations dans l'air. La foudre volante crée une forte pression devant elle, cela provient d'un fort échauffement. L'air est alors à nouveau comprimé. L'onde sonore est réfléchie à plusieurs reprises par les nuages et, à ce moment, des roulements de tonnerre se produisent.
Soit dit en passant, par l'intervalle de temps entre un éclair et le tonnerre, vous pouvez déterminer la distance approximative à un orage. La vitesse du son dépend de la densité de l'air, on peut prendre sa valeur approximative égale à 300 mètres par seconde. Après avoir fait des calculs simples, n'importe qui obtiendra la distance approximative des éléments déchaînés. Si la distance à l'orage est très grande (au moins 20 kilomètres), les sons du tonnerre n'atteindront pas les oreilles d'une personne.
Pendant un orage, ne vous cachez pas sous des arbres isolés. Il y a une très forte probabilité que la foudre frappe un arbre. Il vaut mieux attendre un orage dans une pièce aux fenêtres fermées. Si cela n'est pas possible, un fourré de la forêt convient à l'abri.