Наука о громе и молниях!

В любой момент времени во всем мире происходит 2000 гроз, которые производят свыше 100 вспышек молний в секунду. Это более 8 миллионов молний каждый день мощностью 2 млн. тонн в тротиловом эквиваленте. Но откуда в облаках столько энергии и нельзя ли ее как-то использовать?

Ученые начали подозревать, что молния является формой электроэнергии в начале 1700-х, поскольку они получали аналогичные искры путем трения некоторых материалов. Шотландский ученый Роберт Симмер в этом сильно преуспел и даже заслужил звание "босой философ", потому что он постоянно снимал свои шелковые носки и тер их обо что-нибудь для получения искр.

В 1752 году Бенджамин Франклин провел смелый эксперимент, который раз и навсегда доказал это. Ему тогда чудом удалось выжить. Франклин запустил бумажного змея в грозовую тучу, и был вознагражден потоком искр, вытекающих из его хвоста.

Как появляется молния?

Эксперимент Франклина сработал, потому что молния представляет собой несколькомегавольтный электрический разряд между облаком и облаком, или между облаком и землей. Разряд появляется, когда трение между водой и крошечными частицами льда, названными "гидрометеоны", создает статическое электричество. По некоторым причинам, которые еще недостаточно изучены, маленькие частицы получают положительный заряд, а более крупные - отрицательный.

Поскольку гидрометеонам тесно друг с другом, восходящий воздушный поток подталкивает мелкие позитивно-заряженные частицы к верхней части облака, оставляя отрицательные заряды на дне. Возможно также, что солнечный ветер, вихрь космической радиации скоростью миллионы км/ч, помогает этому сортировочному процессу.

Вскоре в облаке накапливается солидная разность потенциалов, измеряемая миллионами вольт. Этот электрический потенциал создает мощное электрическое поле, похожее на контурные линии на карте, которое вытягивается от нижней части облака до земли. В результате земля становится положительно заряжена, так как электроны выталкиваются под воздействием отрицательного заряда в облаках. Высокие и острые предметы, такие как здания, деревья, громоотводы, и даже зонтики, деформируют контур линии поля и подталкивают их ближе друг к другу, электрическое поле сосредотачивается вокруг верхней части объекта, что делает его мишенью для удара. Удар происходит, когда поле становится достаточно сильным для преодоления сопротивления воздуха, и облако разряжается в Землю, производя молнию.

Так сколько же там энергии?

Каждая вспышка молнии составляет в длину примерно 5 км, но всего лишь около сантиметра в ширину. Она выделяет примерно 1-10 миллиардов джоулей энергии и около 30000 - 50000 ампер, которые нагревают окружающую среду более чем на 20000 градусов по цельсию, что в три раза жарче, чем поверхность Солнца (6000 градусов по цельсию). На самом деле один разряд молнии выделяет столько энергии, сколько дает взрыв тонны тротила. И хотя выглядит это как единая вспышка, фактически она состоит из 3 - 12 отдельных микромолний, каждая продолжительностью всего лишь несколько тысячных долей секунды. Мы видим это как мерцание.

А что насчет грома?

Чрезмерное тепло от молнии перегревает окружающий воздух заставляя его мгновенно расшириться. Это создает ударную волну (гром), которая распространяется через воздух во всех направлениях со скоростью около одной третьей км. в секунду.

Вспышка и гром происходят одновременно. Тот кто был в этот момент рядом, сможет вам это подтвердить, но скорость света от вспышки гораздо больше (300 км/с), чем звука (примерно 0,3 км/с). Поэтому сначала мы видим свет, а затем уже (в зависимости от того как это далеко) раскаты грома.

Так почему такая гигантская энергия слоняется без дела? Ее же достаточно ее же достаточно чтобы запитать целый город!

К сожалению нет. Простая математика показывает, что это просто невозможно:

100 джоулей энергии дают 100 ватт света в течение 1 секунды. Итак 1 млрд джоулей (количество энергии в обычной молнии) будет обеспечивать энергией стоваттную лампу в течение чуть менее 120 дней.

Можно ли обеспечить город электроэнергией от молнии...?

В среднем доме тратится около 500-1000 киловатт-часов (кВт-ч) в месяц. 1 киловатт-час составляет 1000 джоулей в секунду, умноженному на 3600 секунд (число секунд в часе), т.е. 3 600 000 Дж.

Получается средний дом потребляет примерно 500 х 3600000 = 1,8 миллиардов джоулей энергии в месяц. Итак, если собрать всю энергию, молнии, она пойдет только на один дом на месяц. Звучит хорошо, но не вся энергия молнии распространяется в виде электроэнергии. На самом деле, менее 1% энергии (около 10 миллионов джоулей) может быть использовано как электричество, так как большее ее количество тратится на нагрев воздуха.

Также нужно принимать во внимание частоту с которой должны быь расположены токопринимающие башни, расходы на строительство этих башень, а потом решить проблему где взять достаточно большой конденсатор для хранения таких ограмных зарядов. И кто захочет жить вблизи такого токоприемника? Это будет очень шумный сосед!

Также утверждают, что молния никогда не ударяет дважды в одно место. несколько лет назад в Нью-Йорке Эмпайр Стейт Билдинг был подвержен удару молнии 15 раз за 15 минут, так что можете сами сделать выводы по поводу обоснованности этого заявления.