Для грозы характерны заряды молний силой 100000 вольт и даже более. Искры молнии нагревают воздух выше 30000 градусов, что в несколько раз больше, чем в электрической дуге сварочного аппарата. А расширение воздуха при разрядах вызывает гром. Типы молний:
- Сплошная – разряд между заряженными областями облака.
- Зигзагообразная – возникает при разряде между облаком и землей.
В среднем на каждый квадратный километр территории России ежегодно приходится около трех ударов молний. Их эл. ток бывает до 30 000 ампер, а у самых мощных разрядов может превышать 200 000 ампер. Теплообмен шаровой молний с окружающей средой происходит через испускание значительного количества инфракрасного излучения. Если шаровой молнии приписать температуру 500- 600 К, то мощность равновесного теплового излучения, испускаемого молнией среднего диаметра , порядка 0,5-1кВт и максимум излучения лежит в области волн 5-10 мкм.
Полезная информация
Молния — гигантский электрический искровой разряд в атмосфере, обычно происходит во время грозы, проявляющийся яркой вспышкой света и сопровождающим её громом. Молнии также были зафиксированы на Венере, Юпитере, Сатурне и Уране. Ток в разряде молнии достигает 10-100 тысяч ампер, напряжение – 1 000 000 вольт, тем не менее, погибает после удара молнией лишь 10% людей.
Вольт – в системе СИ единица измерения электрического потенциала, разности потенциалов, электрического напряжения и электродвижущей силы.Разность потенциалов между двумя точками равна 1 вольту, если для перемещения заряда величиной 1 кулон из одной точки в другую над ним надо совершить работу величиной 1 джоуль. Вольт также равен электрическому напряжению, вызывающему в электрической цепи постоянный ток силой 1 ампер при мощности 1 ватт.Единица названа в честь итальянского физика и физиолога Алессандро Вольта , который изобрёл вольтов столб, первую электрическую батарею.1 В = 1/300 ед. потенциала СГСЭ .
Расчёт энергии молнии
Огромные сполохи природной энергии – молнии, давно привлекают внимание людей. После того, как была установлена электрическая природа молний, люди стали подробнее изучать это явление. Естественно, рассматривался вопрос о практическом использовании энергии молний. Для этого, прежде всего, необходимо определить запас энергии молнии.
Максимальная разница потенциалов молнии достигает 50 миллионов вольт, а ток до 100 тысяч ампер. Для расчётов энергии молнии возьмем цифры ближе к средним для большинства молний, а именно: напряжение 20 миллионов вольт и ток 20 тысяч ампер.
При грозовом разряде, электрический потенциал уменьшается до нуля. Поэтому для того, чтобы правильно определить среднюю мощность грозового разряда, в расчётах надо брать половину первоначального напряжения.
Тогда мы имеем мощность электрического разряда:
Получается, что мощность грозового разряда молнии 200 миллионов киловатт. Длительность молнии составляет около тысячной доли секунды, а в каждом часе 3600 секунд. По этим данным можно определить общее количество энергии, которую даёт разряд молнии.
При цене электрической энергии 3 рубля за 1 кВт.ч., стоимость энергии, при условии полного использования всей энергии молнии, составит 166,67 рубля.
На большей части России частота ударов молнии в пределах 2 – 4 в год на квадратный километр, в горных районах до 10 ударов молнии. Из всех видов молний, как источник энергии нас может интересовать только разряд между землёй и электрически заряженными облаками. Для покрытия квадратного километра нужно большое количество молниеотводов. Технически возможно собрать небольшую часть электричества от молнии в высоковольтных конденсаторах. Понадобятся также преобразователи с функцией стабилизации напряжения. Но, как показывает расчёт энергоёмкости конденсаторов, для хранения даже небольшого количества электрической энергии, нужны конденсаторы огромной ёмкости и размеров. Стоимость такого оборудования будет на много порядков дороже стоимости полученной электрической энергии, даже при регулярном, например, ежегодном пополнении энергии разрядами молнии.
Подобные расчёты энергии молнии приводились в технической литературе. Реально получить и использовать, например, на нагрев воды, можно только небольшую часть этой энергии. Основная часть энергии молнии расходуется при искровом разряде на нагрев атмосферы и даже теоретически потребители могут использовать меньшую часть энергии молнии.
Для примера рассчитаем, сколько энергии потребляет на нагрев, например, такое устройство, как громоотвод. Электрическое сопротивление воздушного промежутка, молниеотвода и заземления, которое преодолевает молния при усредненных характеристиках разряда составит:
R = U/I = 20 000 000 В : 20 000 А = 1000 Ом
Расчёт сопротивления проводника громоотвода можно сделать по известной методике, если известны материал, его удельное сопротивление, длина и толщина провода. Но, для нашего примера, будем считать сопротивление проводника равным одному 1 Ом, а сопротивление заземления 4 Ома.
Если сопротивление молниеотвода в тысячу раз меньше, общего сопротивления для молнии, то по закону Ома для участка цепи падение напряжения на участке цепи (громоотводе), прямо пропорционально сопротивлению. А значит мощность, которая выделяется в виде тепла на молниеотводе, будет в тысячу раз меньше общей мощности или количеству энергии, которое выделяется на молниеотводе. В нашем примере это количество энергии будет равно 55,556 Вт.ч., что очень незначительно. Зная теплоёмкость материала молниеотвода и его массу, можно определить, на сколько градусов повысится температура молниеотвода.
Для повышения мощности потребителя, необходимо повысить электрическое сопротивление потребителя. Оптимальным вариантом для источника и потребителя электрической энергии является согласований сопротивлений, когда эти сопротивления равны. Нужно иметь в виду, что при увеличении общего сопротивления токопроводящей цепи уменьшится величина тока, а разность потенциалов останется прежней. Это приведёт к уменьшению общей энергии молнии и снизит без того небольшую вероятность грозового разряда.
1" :pagination="pagination" :callback="loadData" :options="paginationOptions">
Грозы гремят во всех уголках планеты, кроме приполярных областей
1500
гроз в среднем бушует на Земле в каждый момент времени, а за год их число доходит до 15 миллионов.
50 разрядов молний происходит на планете ежесекундно.
500
мегаджоулей — средняя энергия одной молнии.
1000
чайников воды могла бы вскипятить средняя молния. Небольшой семье этой электроэнергии хватило бы на месяц, но ударная волна (гром) бесполезно тратит ее на нагрев окружающей среды.
25%
молний бьет из облаков в землю, остальные — между облаками: боги активнее воюют между собой, чем с людьми.
100 млн
вольт — напряжение при разряде сильной молнии. Это втрое больше лабораторного рекорда, однако мало, чтобы пробить воздух до земли: как зарождаются молнии, неясно.
15 000
вольт — разряд в пьезозажигалке для газовой плиты. Заряд в такой зажигалке статический. Чуть меньший разряд дает электростатика в одежде в сухой день.
0,07
вольта — электрический потенциал нейронов нервной системы человека.
50 000
ампер — ток в канале грозового разряда, что в тысячу раз больше, чем выдает электрический скат (50 ампер), убивая добычу.
0,1
ампера — ток, который за пару секунд вызывает остановку сердца у человека. Но удар молнии гораздо короче, поэтому в половине случаев люди выживают. А при разряде ската в воде лишь часть тока проходит через тело человека. Поэтому удар ската опасен, но обычно не смертелен .
1/5
секунды длится типичный разряд молнии, обычно состоящий из нескольких коротких разрядов длительностью всего 30–50 микросекунд.
30 тысяч
градусов температура в канале молнии. Это в пять раз больше, чем на Солнце. При такой высокой температуре воздух светится голубым, поэтому цвет молний кажется нам именно таким.