И. Стекольников - Молния и гром
Помимо прямого поражения, молния может воздействовать на живые существа другим путём. Представим себе, что грозовой разряд ударил в землю на некотором расстоянии от идущего человека (рис. 16). Электрический ток молнии, вступая в землю и растекаясь в ней, проходит и под ногами человека, находящегося близко от места удара. Здесь электричество входит в одну ногу, идёт по ней через тело человека и выходит через другую ногу снова в землю.
Рис. 16. Поражение человека током молнии через землю.
Чем более влажна обувь, тем больше электричества входит в тело и тем больше опасность смертельного исхода такого повреждения человека. Но если поражение оказалось и не смертельным, то всё же электрический ток в теле человека может вызвать различные повреждения его организма. Чем больше сила тока молнии и чем суше земля в месте удара, тем больше будет «опасная зона». Впрочем, опасность поражения человека или животного молнией в описанном случае не велика уже на расстоянии 5–10 метров от места удара молнии.
5. Разрушения, вызываемые молнией
Разрушительное действие молнии проявляется в самых разнообразных видах. Известен, например, случай, когда молния, ударившая в старый тополь высотою в 30 метров и обхватом в 3 метра, разбила его на мелкие куски.
При ударе молнии в какое-нибудь здание или предмет, расположенный на земной поверхности, этот предмет разрушается тем больше, чем меньше его проводимость, т. е. чем труднее по нему проходить электричеству. На металлических частях обычно не остаётся и следа от прошедших через них токов молнии. При ударе же молнии в изоляторы или предметы, плохо проводящие электрический ток, часто происходят значительные повреждения.
На рис. 17 слева показан результат удара молнии в высокую кирпичную трубу. Молния совершенно разрушила верхнюю часть трубы длиною около 30 метров. Следующие 15 метров разрушены наполовину, а в нижней части получилась трещина. Отдельные небольшие камни разлетелись на 200–300 метров. Отвалившаяся кирпичная кладка трубы повредила крышу соседнего здания.
Рис. 17. Слева: молния разрушила высокую дымовую трубу; наверху справа: молния, подобно пуле, пробила оконное стекло; внизу справа: молния расщепила пень.
На этом же рисунке видно, как молния пробила оконное стекло подобно пуле, оставив в нём лишь небольшое отверстие (наверху справа). На рис. 17 (внизу справа) показано, как искусственная молния, осуществлённая в лаборатории, расщепила пень.
6. Влияние молнии на работу электрических систем и радио
Очень часто молния ударяет в провода линий передач электрической энергии. При этом либо грозовой разряд поражает один из проводов линии и соединяет его с землёю, либо молния соединяет между собой два или даже три провода. Во всех этих случаях молния, канал которой является хорошим проводником электричества, замыкает провода и направляет электрическую энергию по неправильному пути. Наступает авария, и потребитель остаётся без электроэнергии.
Чтобы предупредить такого рода аварии, принимаются различные меры. Чаще всего над проводами линии электропередачи подвешивают дополнительный провод (его называют тросом), хорошо соединённый с землёй. Так как трос возвышается над остальными проводами линии, то молния ударяет в него и отводится в землю через мачты, на которых он укреплён.
Грозовые разряды оказывают сильные помехи и радиоприёму. Всем радиолюбителям известны характерные трески и щелчки в наушниках или репродукторах. Эти помехи возникают даже при очень далёких грозах. Если гроза находится на расстоянии в несколько десятков километров, то помехи бывают очень сильными. При ещё более близких грозах, радиоприём на антенны делается опасным, потому что молния может ударить в антенну и проникнуть по радиовводу в жилые помещения. В науке хорошо известен случай, когда молния, проникшая таким образом в помещение через небольшую антенну, служившую для физических опытов (радио тогда ещё не было), убила крупного физика, друга Ломоносова — профессора Рихмана.
Для защиты от возможного проникновения молнии в помещение по антенному вводу во время грозы тщательно заземляют антенну с помощью специального переключателя.
7. Можно ли поймать молнию и использовать её энергию?
Используя свойства молнии направляться к высоким предметам, особенно в том случае, если они хорошо проводят электрический ток, можно «ловить» молнию. Для этого в нашем Союзе были использованы воздушные шары, поднимавшие в грозовые тучи металлические тросы, присоединённые к земле. В этих случаях «пойманные» молнии были использованы лишь для научных целей.
Оценить, насколько выгодно использовать энергию молнии для технических целей, можно, определив работу, которую может произвести грозовой разряд. Так как молния длится очень короткое время, то эта энергия оказывается очень небольшой. Подсчитали, что одна молния может «наработать» в среднем лишь на несколько рублей. При такой небольшой работоспособности молнии трудно говорить о целесообразности технического её использования. Применение молнии в качестве источника энергии затруднено ещё и потому, что за один грозовой сезон даже в очень высокий молниеприёмник (400–800 метров над землёй) молния ударяет не более 20–25 раз.
IV. Защита от молнии
1. Молниеотвод
О том, как защищаться от опасных действий молнии, много думали уже с давних времён, но настоящее научное изучение этого вопроса началось лишь с середины 18 века, после того как Франклин своими опытами доказал, что молния представляет собой электрический разряд. Сам Франклин немедленно сделал практическое применение из своих опытов, предложив устройство громоотвода, или, как его правильнее называть — молниеотвода. Вот как он описывает его.
«Если грозовые облака действительно наэлектризованы, то нельзя ли в таком случае защитить от удара молнии дома, церкви, корабли и т. д. устройством высоких заострённых железных шестов? От основания такого железного шеста должна была бы идти по наружной стене дома в землю или по борту корабля в воду металлическая проволока. Эти заострённые железные шесты, вероятно, бесшумно отводили бы электричество из облака прежде, чем последние приблизились бы настолько, чтобы можно было опасаться удара молнии. Этим способом можно было бы защититься от ужасного несчастья».
Наш великий русский учёный Михаил Васильевич Ломоносов установил, что молниеотвод отклоняет уже развивающуюся молнию от защищаемого сооружения. Ломоносов так говорит о молниеотводах:
«Такие стрелы на местах, от обращения человеческого по мере удалённых, ставить за небесполезное дело почитаю, дабы ударяющая молния больше на них, нежели на головах человеческих и на храминах силы свои изнуряла».
В настоящее время на практике применяются именно такие системы защиты от молнии, которые перехватывают молнии и не допускают их к сооружениям.
2. Различные виды молниеотводов
Существуют различные способы защиты от молнии. Мы уже кратко говорили о тех защитных мероприятиях, которые применяются на линиях передач электрической энергии. Теперь посмотрим, как защищать от грозовых разрядов здания и различные другие постройки.
Наиболее распространёнными являются молниеотводы, представляющие собой металлический стержень (называемый молниеприёмником), возвышающийся над защищаемым сооружением и соединённый с землёй металлическим проводником. Этот проводник служит для отвода тока молнии в землю и называется токоотводом. Для лучшего соединения с землёй токоотвод в земле имеет разветвления, состоящие из нескольких металлических стержней или проволоки, располагающихся наподобие корней дерева. Вся эта подземная металлическая система называется заземлением. Мы уже видели, что чем лучше связь токоотвода с землёй, тем с меньшей опасностью для окружающих может быть отведён разряд.
На рис. 18 показан молниеотвод, установленный на крыше дома. Такого вида молниеотводы называются стержневыми. Стержневые молниеотводы часто устанавливаются на отдельно стоящих деревянных столбах или металлических мачтах.
Рис. 18. Дом, защищенный от поражения молнией.
Другим видом молниеотводов являются антенны и сетки, натягиваемые над сооружениями. Все эти молниеотводы служат одной цели: предохранить сооружение от попадания в него молнии, отвести молнию в землю с наименьшим ущербом для хозяйства и жизни людей и животных.
При устройстве молниеотводов любого типа основным является вопрос — какое пространство этот молниеотвод может защитить? Чем выше молниеотвод, тем с большего пространства вокруг себя он может как бы собрать молнии. Стержневой молниеотвод защищает во все стороны от себя одинаково. Вокруг него образуется «защищённое пространство», имеющее форму конуса (такую форму имеет шалаш, составленный из палок — см. рис. 19). Расстояние от окружности, на которую опирается этот шалаш, до её центра, где стоит молниеотвод, такое же, как высота молниеотвода. Всё, что находится внутри этого конуса, будет защищено от молнии.
