Молния

МБОУ «Средняя общеобразовательная школа № 27»

Тема:

«Почему сверкает молния?»

Учебно-исследовательская работа

 Пономаренко Матвея

ученицы 2 «Д» класса

Руководитель: Плотникова Н.В.

учитель начальных классов

Пермь 2012

-2-

Содержание

Введение………………………………………………………………………………………..с.3

Цель работы.  Задачи……………………………………………………………………….….с.3

1.Теоретическая часть….………………………………………………………………….…..с.4

  1.1 Определение. Что такое молния?.....................................................................................с.4

  1.2 Молния-оружие богов……………………………………………...................................с.4

  1.3 История. Опасные эксперименты………………………………………………………с.5

  1.4 Формирование молнии………………….….……………………………………………с.6

  1.5 Виды молний……………………………………………………………………………..с.9

  1.6 Жертвы молний………………………………….………………………………………с.11

  1.7 Для чего нужна молния?..................................................................................................с.11

  1.8 Громоотвод………………................................................................................................с.12

  1.9 Правила поведения во время грозы……………………………….……………………с.13

2.Практическая часть…………………………………………………………………………с.14

  2.1 Опыты. Электризация трением………….…………………………...............................с.14

  2.2 Опыты. Два электрических заряда…………….……………………………………….с.16

  Заключение..…………………………………………………………………………………с.18

  Результаты работы..……………………………………………………………………..…..с.18

 Литература..…………………………………………………………………………….…….с.19

-3-

Введение.

  Человек живет в мире природы. Ты сам и все, что тебя окружает – воздух, деревья, река, солнце – это различные объекты природы. С объектами природы постоянно происходят изменения, которые называются природными явлениями.

   С древних времен люди пытались понять: как и почему происходят различные явления? Как летают птицы и почему они не падают? Как может дерево плыть по воде и почему оно не тонет? Некоторые природные явления- гром и молния, солнечное и лунное затмения- пугали людей, пока ученые не выяснили, как и почему они возникают.

   Объектом моего исследования я выбрал молнию. Веками бушующая стихия приводила человека в ужас. Молнии, бьющие с неба, несущие смерть и пожары, казались стрелами богов. Их боялись, заклинали, пытались обуздать.

Как же формируется молния? Откуда возникает? Почему она сверкает? Мне захотелось получить ответы на эти вопросы. Поэтому в своей работе я поставил цель  изучить причины возникновения молнии.  Для достижения цели были поставлены следующие задачи:

1.  Узнать, что такое «молния», что люди думали о ней раньше, и что мы знаем о ней сегодня?
2. Понять, как формируется молния, какие виды молний существуют.
3. Узнать, какие опасности несет молния и чем она полезна.
4. Разработать памятку «Правила поведения во время грозы».

В данной работе использованы следующие методы исследования:

- наблюдение

- эксперимент

- изучение литературных источников

-4-

1. Теоретическая часть

1.1 Определение.        Что такое молния?

    Молния - гигантский электрический искровой разряд в атмосфере, обычно происходит во время грозы, проявляется ослепительной вспышкой света и сопровождается резким звуком (громом). Молнии также были зафиксированы на Венере, Юпитере, Сатурне и Уране. Согласно данным ученых, ежегодно на планете бушует 16 миллионов гроз. Каждую секунду в земной шар вонзается около ста молний. Температура молнии достигает 30 000 градусов. Это в пять раз больше, чем на Солнце. Молния окружена 3-6 метровой короной. Скорость молнии- 160-1600 км/с, а ее длина - от 90 метров до 32 километров. Гром слышен на расстоянии до 29 км. Ежегодно в мире от молнии погибает около 3000 человек. (1)

1.2 Оружие богов.

   Человечество во все времена имело свойство приписывать необъяснимые явления потусторонним силам. Особенно если эти явления имели огромную разрушающую силу. Страх толкал людей на жертвоприношения, убийства и многое другое. И все это ради того, чтобы умаслить того или иного бога. Приносились жертвы, читались молитвы, но ужасные явления продолжались. С неба лился огонь, под ногами разверзалась земля. Смертоносные копья света так же были чем-то ужасным и необъяснимым для людей. Поэтому вмиг стали относиться к божественным явлениям. Этого не избежала практически ни одна культура мира. (2)

   Например, в Древней Греции глава всех греческих богов Зевс имел страшное по силе разрушения оружие - молнии и гром. «Зевс метал одну за другой огненные молнии и оглушительно рокочущие громы. Пламя охватило всю землю, моря кипели, дым и смрад заволокли все густой пеленой».

  В Древнем Риме практически такими же возможностями обладал Юпитер. Как и Зевс, он жил на высокой горе и наблюдал за судьбами людей. Свою волю  Юпитер выражал раскатами грома и блеском молнии. И если уж повелитель небесный покарал кого-то из людей, его хоронили без специального обряда. Ведь он провинился перед небесным отцом.

-5-

  В Скандинавии тем же оружием обладал бог Тор, которому принадлежат три божественных  атрибута – Молот, Пояс и железные прутья. Он – господин плодотворной Грозы, Молнии, Грома, в его подчинении дождь и ветер. На своей упряжке, которую тянут два козла, он мчится по ту сторону света в мир великанов Турсов, которые хотят вырваться из своего мира, и грозят Богам и людям.

   На Руси же молнии приписывали положительные качества, считая ее «огненным пальцем Перуна». Именно Перун был повелителем грома и молнии. Но русские люди свято верили в то, что бог огненными вспышками снимает с земли всякую скверну. Так же на Руси считалось, что убитый молнией человек сразу попадает в рай. (5)

1.3 История. Опасные эксперименты.

   Сегодня благодаря долгим исследованиям, новейшей технике и ученым умам мы понимаем, что гнев богов здесь не причем.                                                                                      

  Изучить молнию было не так просто. Во-первых, нельзя было предугадать, где и когда будет очередной разряд. Поэтому в прошлом это было вопросом везения или не везения. Во-вторых, явление это опасное, поэтому эксперименты многих оканчивались, успев лишь начаться. Кроме того, многих смущала принадлежность молнии к оружию богов. И, тем не менее, каждая, даже самая простая попытка понять природу молнии внесла огромный вклад в изучение этого природного явления. Вот лишь те эксперименты, о которых известно истории.

  Бенджамин Франклин, известный американский физик- исследователь не боялся гнева богов и проводил эксперименты с молнией. Его помощником стал воздушный змей. Во время грозы он запускал его в небо и наблюдал. Нужно сказать, что змей имел проволочное окончание, а иногда Франклин вешал на него связку ключей. Вниз по проволоке стекал слабый разряд молнии. Благодаря своим наблюдениям он доказал, что молния- это электрический разряд. (2)  В России известными исследователями молнии были Михаил Ломоносов и Георг Рихман. Они решили повторить эксперимент Франклина и усовершенствовать его. С этой целью была создана целая домашняя

-6-

 лаборатория.   Случилось это в 1753 году. К сожалению, опыт закончился гибелью ученого Г. Рихмана, причиной которой стал удар молнии. (8)

1.4 Формирование молнии.

   Молния возникает тогда, когда воздух электризуется. Это происходит из-за трения молекул воздуха друг о друга. Чтобы лучше это понять, проведем несколько опытов. (с.14-16)

Кроме этого нужно понять, что представляет собой грозовое облако. Ведь именно оно становится «создателем» молнии.

Облако состоит из пара. Но часть этого пара превратилось в капельки и льдинки, ведь на высоте нескольких километров температура значительно ниже, чем на земле. Таким образом, облако состоит из нескольких слоев. На расстоянии до 3-4 км оно состоит из пара, капель, выше из льдинок. Пытаясь понять происхождение молнии, мы должны уделить внимание именно верхнему слою, то есть льдинкам. Под воздействием потоков теплого воздуха, поднимающихся с земли, эти льдинки находятся в постоянном движении. Естественно льдинки имеют различные размеры, а значит и массу. Поэтому самые легкие и маленькие из них вместе с теплым воздухом поднимаются вверх облака, а те, что потяжелее остаются внизу. Конечно, путь вверх труден. Маленькие льдинки постоянно сталкиваются с более крупными, в результате чего происходит трение. При этом крупные

-7-

частички, те что остаются внизу заряжаются отрицательно, а те, что стремятся вверх заряжаются положительно. Таким образом, слоеное облако приобретает положительно заряженный верхний слой, и отрицательно заряженный нижний. Такая напряженная обстановка должна разрядиться. Поэтому поток отрицательного заряда спускается на землю. Мы при этом наблюдаем молнию.

   Итак, молния- это очень короткий и очень сильный электрический ток, который течет между тучей и землей или между двумя тучами.

    Вот тут-то и кроется загадка. Ведь по воздуху электрический ток не может течь. Мы знаем, что электрический ток течет по проводам. Для того, чтобы

-8-

 заработал утюг, например, или телевизор, их надо включить в розетку. По воздуху электрический ток ни в телевизор, ни в утюг не попадет.

Чем же отличается воздух от провода с точки зрения электрического тока? Дело в том, что провода делают из металлов, а в металлах много свободных электронов. Стоит только приложить к концам провода электрическое напряжение, как все электроны начинают послушно двигаться, а движение электронов - это и есть электрический ток.

А воздух состоит из нейтральных молекул, и свободных электронов там почти нет. Свободных электронов нет, а «пленные» есть? Есть. Где же они? Внутри атомов.

  Наш воздух- это смесь газов. Больше всего в нем азота и кислорода. Молекулы воздуха сложные, состоят из нескольких атомов. Например, молекула кислорода, которым мы дышим, состоит из двух атомов кислорода. Можно сказать, что она похожа на гантельку: два атомных ядра, а вокруг «одеяло» из общих электронов.

В одной молекуле кислорода содержится целых 16 электронов, в молекуле азота- 14 электронов, в молекуле углекислого газа- 22 электрона! Но эти электроны привязаны к ядрам и никак не могут поучаствовать в электрическом токе.

Что же происходит? Во время грозы между какой-нибудь тучей и землей появилось электрическое напряжение, электрическое поле. Но между ними-воздух, и ток течь не может. Но чуть-чуть свободных электронов там есть. Эти малочисленные свободные электроны начинают двигаться под действием электрического поля все быстрее и быстрее. Но ведь движутся они не в пустом месте, а в воздухе. Иногда они налетают на молекулы воздуха. А если электрон сильно разогнался, то при ударе об молекулу он может оторвать от нее еще один электрон! Так появятся два свободных электрона. Теперь два электрона начнут разгоняться электрическим полем, и после столкновений с молекулами их станет уже четыре.

   И так их будет становиться все больше и больше. И в воздухе образуется дорожка, в которой полным-полно свободных электронов, оторванных от своих молекул. По этой-то дорожке и проскальзывает электрический ток, то есть молния. Только происходит все это очень быстро, гораздо быстрее, чем мы пытаемся это объяснить и понять.

-9-

  Молния работает как рельсоукладочный поезд: рабочие с такого поезда уложили шпалы и рельсы, поезд чуточку проехал вперед, затем снова прокладывают шпалы и рельсы. Только после рельсоукладочного поезда железная дорога остается надолго, а вот дорожка от молнии довольно быстро исчезает: молекулы, от которых были оторваны электроны, находят их и снова к себе «привязывают».

  Но все-таки эта дорожка может послужить и еще одной молнии. Бывает, что по одному пути проскальзывает одна за другой и две, и три молнии: по готовой дорожке бежать легче. А мы видим, как молния ударяет в одно и то же место.

  Так что молния опасна, как любой электрический ток.

А гром? Откуда он берется? Дело в том, что внутри дорожки, по которой скользит молния, воздух очень сильно разогревается. Это такое свойство электрического тока, которое используется для нагрева и в утюге, и в электрочайнике, и в других вещах. В нагретом веществе молекулы движутся очень быстро. И вот, эти быстрые молекулы воздуха, которые нагрела молния, начинают толкать всех своих соседей вокруг, те тоже не остаются в долгу и толкают своих «холодных» соседей. Так эти толчки движутся от того места, где проскользнула молния, во все стороны. И, в конце концов, когда молнии уже нет, мы слышим ужасный грохот.

  Вот поэтому мы сначала видим молнию, а потом слышим гром. Вид молнии доходит до нас со скоростью света, а гром - со скорость звука, а это не такая уж большая скорость. Так что бояться грома нет совершенно никаких оснований. (7)

1.5 Виды молний.

Видов молний очень много: линейная, шаровая, токовые струи, спрайты, огни святого Эльма. Все они опасны и имеют значительные отличия по внешнему виду. Зачастую люди встречаются с непонятными свечениями или вспышками, принимая их за НЛО. А ведь это может оказаться один из видов молнии.

Линейные молнии - самые распространенные. Мы все видим их каждый год во время гроз.

-10-

   Шаровая молния представляет собой светящийся шар. Диаметр его обычно от 12 до 25 см. Шар свободно плавает по воздуху. Считается, что «прожить» шаровая молния может лишь несколько секунд. Однако, очевидцы утверждают, что образовавшийся шар может просуществовать и 30 секунд. Много историй говорит о разрушительных результатах появления шаровых молний. Это и сгоревшие дома, и сильные ожоги, и смертельные исходы. К сожалению, шаровая молния сегодня недостаточно изучена. Она возникает непредсказуемо и так же исчезает. Хотя есть специальные мастерские, в которых создаются шаровые молнии и изучаются.(3)

  Токовые струи встречаются очень редко. Такое явление более распространено в горах. Часто их жертвами становятся альпинисты, покоряющие высоты. Это сток электрического заряда по пути, оставленному линейной молнией. Специально их можно получить, запустив в грозовое облако ракету с проволочным хвостом. Заряд в этом случае будет стекать по проволоке. В дом такая молния может попасть через дымоход, открытую форточку, по проводам. Иногда электрические струи проделывают в окне дыру, через которую и проникают в дом.

   Огни святого Эльма- это необыкновенное явление природы, поражающее своей красотой. Обычно оно появляется ночью в виде свечения на шпилях, башнях, мачтах кораблей. Этот тип молний всегда воспринимался как знак, данный богами. Все дело в том, что однажды прихожане церкви  Святого Эльма увидели странное сияние вокруг креста и части куполов. Отсюда появилось и название такой молнии. Конечно, этот феномен был воспринят как знамение божие. Но сегодня ученые уже доказали - что это всего лишь одна из разновидностей молнии.

  Спрайты - это достаточно молодое явление природы. Впервые его увидели в начале 1990-х годов. На высоте 30-90 км от поверхности земли, над грозовыми облаками были замечены вспышки. Их формы и цвет всегда разные. Спрайты не висят в небе неподвижно, а совершают «танцующие» движения. По мнению исследователей, люди, утверждающие, что видели НЛО, могли принять за летающую тарелку систему спрайтов. Сегодня спрайты еще до конца не изучены. Трудность изучения данного явления состоит в отсутствии специального оборудования.

-11-

1.6 Жертвы молний

    Молнии - серьезная угроза для жизни людей. Поражение человека или животного молнией часто происходит на открытых пространствах, так как электрический ток идет по кратчайшему пути «грозовое облако - земля». Часто  молния попадает в деревья, вызывая их возгорание. Грозовой разряд опасен для телевизионных и радиоантенн расположенных на крышах высотных зданий.

  В организме пострадавших отмечаются такие же патологические изменения, как при поражении электротоком. Жертва теряет сознание, падает, могут отмечаться судороги, часто останавливается дыхание и сердцебиение. На теле обычно можно обнаружить «метки тока», места входа и выхода электричества. При поражении молнией первая медицинская помощь должна быть неотложной. Экстренная госпитализация необходима во всех случаях. (4)

1.7 Для чего нужна молния.

  Так что же такое молния? Гнев богов или напротив, необходимое явление для существования жизни на земле? Действительно, от молний погибает много людей, сгорают дома. И, тем не менее, природа гармонична. Конечно, не было бы этих смертоносных разрядов, не было бы и жертв. Но без молний не было бы и жизни на земле.

   Во-первых, молния служит некой батарейкой земли, которая заряжает электронное поле, разряжающееся в спокойную погоду. А во-вторых, она продуцирует половину нитратов, которые необходимы для земной коры.

   От ультрафиолетовых излучений нашу землю защищает специальный озоновый слой. Так вот и этот незаменимый для жизни слой продуцирует молния.

  Еще ученые утверждают, что молнии расчищают небо для полетов космических кораблей. Благодаря молниям в радиационных поясах Земли существует промежуток, в котором почти нет заряженных частиц. В результате космические корабли не подвергаются вредному воздействию радиации.

По этим причинам, все изобретения, связанные с плавной разрядкой грозовых облаков, казавшиеся совсем недавно такими полезными,

-12-

 оказываются, напротив, вредоносными для окружающей среды. Человечество и без того приручило слишком многие явления природы. Увы, но приручение молний может стать смертоносным для нашей планеты. Поэтому самый оптимальный вариант обезопасить себя - установить громоотвод и, конечно, знать правила поведения во время грозы. (4)

1.8 Громоотвод.

   До изобретения Б.Франклином громоотвода, люди спасались от молнии весьма странными способами. Искренне веря в то, что молнии спускают на землю боги, они читали молитвы. Но это не помогало. Еще одним способом справиться с гневом богов - было звонить в колокола в колокольнях. Это был самый необдуманный способ, так как высота колоколен и нагромождение в них металлических предметов как раз служили приманкой для молнии.

   После изобретения Б.Франклином громоотвода ситуация постепенно изменилась. Сегодня практически каждое здание оснащено громоотводом.

Что же такое современный громоотвод?  

Простейший громоотвод представляет собой железный заостренный стержень, который прикреплен к зданию и поднят выше крыши. Стержень соединен со всеми металлическими частями здания и металлической плитой, которая зарыта в землю. Это молниеприемник, токоотвод и заземлитель. Первый направлен принимать молнию, второй - провести ее в землю, а уже третий отдает разряд земле.

  Задача молниезащиты такая – встретить молнию на подлете к крыше и сделать так, чтобы она изменила свое первоначальное направление и, скользнув вдоль стены, ушла в землю рядом.

-13-

 Громоотводы бывают нескольких видов. Разработки по их усовершенствованию ведутся и сегодня. (6)

1.9 Правила поведения во время грозы.

       Для каждого нашего действия существуют определенные правила. Они помогают нам избежать неприятностей, сохранить здоровье и жизнь. Мы знаем, как переходить дорогу, как обращаться с электроприборами. И чтобы избежать непоправимого во время грозы, тоже нужно соблюдать правила.(4)

   Правил много. Чтобы лучше в них ориентироваться, я разбил их на три группы.

Как я умею защищать себя от молнии.

   Если вы встретились с шаровой молнией, ведите себя осторожно. Не делайте резких движений. Шаровая молния не так опасна для человека, как линейная, поэтому паниковать не надо. Но если вдруг шар приблизится к вам слишком близко, ученые советуют интенсивно подуть на него. Считается, что молния обладает хорошей парусностью, поэтому непременно отлетит. Продолжительность жизни шаровой молнии не велика (до 30 секунд), поэтому совсем скоро она исчезнет. Правда, некоторые столкнувшиеся с этим явлением люди утверждают, что шаровая молния заканчивает свою жизнь взрывом. Он не большой, но при непосредственной близости может нанести ожоги. Поэтому в грозу нужно закрывать окна, дымоходы, вытаскивать антенны, не пользоваться электричеством.

  Если вдруг кто-то стал жертвой молнии, нужно уметь оказать первую помощь. Но делать это должен человек знающий и умеющий.

Обязательно вызвать скорую помощь.

2.Практическая часть

2.1 Опыты. Электризация трением.

Как уже говорилось выше, молния возникает тогда, когда воздух электризуется. А это происходит из-за трения молекул воздуха друг о друга.

Чтобы лучше это понять, проведем несколько опытов.

Опыт № 1.

  Потрем расческой о сухие волосы, а затем приблизим ее к мелко порванным листочкам бумаги, лежащим на столе. Мы увидим, что они притянутся к

-15-

 расческе. Следовательно, в результате натирания расчески о волосы возникли силы, способные воздействовать на листочки бумаги. 

Опыт № 2.

Если пустить воду из крана тонкой струйкой и приблизить к ней расчесу, потертую о волосы, можно увидеть, сто струйка воды будет притягиваться  к расческе. 

Опыт № 3.

  Разгладим газетный лист на полиэтиленовом пакете. Увидим, что они прилипнут друг к другу. Значит, они наэлектризовались, и между ними возникли силы электрического притяжения.

Из приведенных опытов можно сделать вывод, что два тела из разных веществ в результате электризации приобретают новое свойство - вступать в электрическое взаимодействие.

-16-

2.2 Опыты. Два вида электрических зарядов.

Опыт № 1.

   Сделаем из фольги небольшую гильзу и подвесим ее за шелковую или капроновую нить. Наэлектризуем пластмассовую или резиновую палочку, потерев ее о шерстяную ткань.

Коснувшись палочкой гильзы, можно увидеть, что, придя в соприкосновение с палочкой, гильза тут же от нее оттолкнется.

  Из этого можно сделать два вывода:

1. электрический заряд с палочки перетек на гильзу:
2. гильза, которая стала обладать тем же видом электрического заряда, что и палочка, стала отталкиваться от нее.

Заряды одного вида называются одноименными зарядами. Одноименные заряды отталкиваются друг от друга.

-17-

Опыт № 2.

    Возьмем еще одну гильзу из фольги и проведем такой же опыт, только со стеклянной палочкой, потертой о кожу. В результате прикосновения стеклянной палочки и гильзы гильза опять от нее оттолкнется.

 Приблизим  друг к другу гильзы, одна из которых заряжена от пластмассовой палочки, а другая от стеклянной палочки. Гильзы притянутся друг к другу.

Можно сделать вывод, что гильзы получили электрический заряд разного вида.

   Заряды разного вида называются разноименными зарядами. Разноименные заряды притягиваются друг к другу.

   В результате опытов мы установили, что заряды могут быть двух видов. Два вида электрических зарядов называют положительным зарядом и отрицательным зарядом.

   Таким образом, мы еще раз убедились, что молния- это проявление электрического взаимодействия в природе. Облака, проносимые над землей, электризуются. Причем они могут приобретать заряды разных знаков. Если два облака, имеющие разноименные заряды, приближаются друг к другу, то между ними проскакивает электрический разряд- молния.

-18-

Заключение.

  В результате выполнения работы я познакомился с таким опаснейшим явлением природы как молния. Я видел ее и раньше, но не представлял себе, откуда она берется, как образуется. Не знал, что молния так опасна. Теперь, когда я столько узнал о ней, я буду гораздо спокойнее чувствовать себя во время грозы. Ведь предупрежден - значит вооружен.

  Я думаю, что со временем ученые придумают, как «приручить» молнию, не нарушив баланс природы. Но пока, насколько я понял, человек к этому не готов. Поэтому надо научиться мирно с ней сосуществовать.

Результаты работы.

1. Получил знания о том, что такое молния, какие они бывают, как формируются, как люди относились к ним раньше и что знают о них сегодня.

2. Научился правильно вести себя во время грозы, чтобы защитить себя от молнии.

3. Провел опыты, чтобы лучше понять природу молнии.

-19-

Литература:

1. «Молния. Википедия» сайт Wikipedia.ru
2.  «Страна молний» сайт www.flash-land.ru
3. «Шаровая молния» сайт www.libo.ru
4. «Искусство выживания» сайт ois.org.ua
5. «Молния» сайт moikompas.ru
6. «Грозозащита» сайт www.groze.net
7. В. В. Жумаев, Б. Б. Горский «Физика в твоей жизни»
8. «О первых опытах» сайт fiz.1september.ru