ПОДГОТОВИЛ

Тема:
«Изучение свойств электромагнитного поля
в воздухе при образовании молнии».

Цель:
Изучение процессов, происходящих в газообразных средах при создании электрического поля
Задачи:
Моделировать процесс образования электрических разрядов и условия возникновения молнии.
Качественно описать возможные процессы, происходящие в атмосфере при образовании молнии, применяя метод экспраполяции, методы сравнения, наблюдения и эксперимента.
На модели здания с молниетводом провести опыты, убеждающие в защитном действии молниеотвода.

Моделирование молнии
Объектом изучения физики является окружающий нас мир.
Реальный объект – молния заменяется материальной физической моделью, обладающей лишь частью свойств реальной молнии.
U= 25 кВ
0,07 м
R= 20cм

Увеличив шары многократно, представим часть поверхности одного шара – поверхностью Земли, а часть второго – верхним слоем атмосферы.
Рис.1

Логико-структурная схема решения
экспериментальной задачи
1. Условие задачи
5. Анализ результатов
4. Проведение
эксперимента
3. Планирование
эксперимента
2. Составление
материальной
физической
модели задачи
6. Выводы

ГРОЗОВЫЕ ОБЛАКА НЕСУТ ОГРОМНЫЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЗАРЯДЫ.
Грозовые облака индуцируют заряды противоположного знака на крышах строений и поверхности Земли.
Если электромагнитное поле системы заряженных тел становится достаточно сильным, оно вызывает направленное движение заряженных носителей (свободных электронов) из молекул воздуха, и может возникнуть молния (направленное движение электронов – электрический ток).

Влияние солнечной активности на возникновение электромагнитного поля в атмосфере
В течение суток потенциал в атмосфере изменяется в зависимости от солнечной активности, потоков ветра, температуры и сезона года.
Рисунки изменения потенциала в различные дни месяца (август, сентябрь)
По приведенным графикам активности мы видим, что в солнечные дни потенциал более высокий, и является предпосылкой возникновению грозовых разрядов

1. Зигзагообразная молния
2. Отрицательные заряды скапливаются в нижней части облака
3. Разряд молнии нейтрализует заряды разноименно заряженных областей
4. Разряд так быстро нагревает воздух, что он внезапно расширяется, и мы слышим гром
5. Земля под облаком заряжена положительно
Разряд молнии
Разряд — это внезапный перенос электронов из одного места в другое. Это может произойти внутри облака в виде рассеянного разряда молнии (зарницы) или между облаком и земной поверхностью (зигзагообразная молния).

Действие заряжённого острия в воздухе.
Сильное электрическое поле вблизи острия вызывает электроны из нескольких атомов, оставляя атомы положительно заряженными. Как электроны, так и заряженные атомы совершают медленное перемещение в электрическом поле. Носители заряда противоположного знака движутся к острию и нейтрализуют часть находящегося на нем заряда. Носители одноимённого заряда устремляются в направлении от острия, создавая «ветер», уносящий заряд, который является началом образования стримера.

На рисунке показана схема двух ступеней лидера. Диаметр канала ступенчатого лидера составляет 2 — 5000 мм. Канал окружен короной, диаметр чехла которой 9 —12 м. Лидер молнии выносит отрицательные заряды облака в направлении к земле, где они нейтрализуются положительными зарядами

МОЛНИЯ
Молния - это разряды атмосферного статического электричества напряжением миллионы вольт.
Заряженные частицы появляются, когда капли дождя и ледяные кристаллы сталкиваются в грозовом облаке в сильных воздушных потоках и теряют или приобретают электроны. Отрицательно заряженные частицы собираются в нижней части облака. Когда накапливается большой заряд, происходит его разряд либо в облаках, либо между облаком и землей.

СПОСОБЫ ЗАЩИТЫ. МОЛНИЕОТВОД
Молниеотвод - это устройство из трех основных элементов:
молниеприемника, который принимает разряд молнии;
токоотвода, который должен направить принятый разряд в землю;
заземлителя, который отдает заряд земле.

Защита помещений заземленной нейталью
Заземление представляет собой намеренный отвод заряда в землю через проводник, который входит в грунт на глубину 1-15 метров в зависимости от проводимости почвы.
В любом случае - как для "внешней", так и для "внутренней" молниезащиты - очень важна роль заземления. Рекомендуется заземлять молниеотводы на арматуру фундамента дома или, если это невозможно, заглублять в землю штыри-электроды. Электроды должны заглубляться так, чтобы достигать влажных слоев почвы.
1. Схема внешней молниезащиты
2. Схема внутренней молниезащиты

Молниеотвод защищает здание от попадания молнии, происходит тихий разряд и заряды уходят в землю.

При определенных условиях возникает молния (искровой разряд). И т.к. защиты нет - возникает пожар.

Заряженное облако индуцирует заряд противоположного знака на крыше здания, но молниеотвода нет.

Зона защиты молниеотвода – пространство конуса, радиус основания которого равен высоте молниеотвода

Выводы
В природе решающим фактором возникновения разряда молнии является процесс электризации облаков или верхних слоёв атмосферы при движении конвекционных потоков воздуха.
Молния – электрический искровой разряд в сильно ионизированном проводящем канале, где возникают электронные лавины, затем стримеры - проводящие каналы, которые, сливаясь друг с другом, дают начало яркому, термоионизированному каналу с высокой проводимостью, получившему название лидера, проявляющийся обычно яркой вспышкой света и сопровождающим её громом.
Кванты света, несущие определенную энергию, способствуют выходу электронов из атомов или молекул воздуха для создания сильно ионизированного газа при образовании молнии