Молния и гроза - Стекольников И.С.

Автор: Стекольников И.С.

Теги: детская литература природные явления

Год: 1950

Похожие

Электротехнические средства инженерного вооружения (с основными сведениями по электротехнике)

Пособие для сельского электрика

Электро-магнитная совместимость

Университетский курс общей физики. Электромагнетизм

Текст

:ан и обработка:
restik

ЕСТЕСТВЕННО-НАУЧНАЯ БИБЛИОТЕЧКА ШКОЛЬНИКА
ПРОФ. И. С. СТЕКОЛЬНИКОВ
молния и ГРОЗА
Государственное Издательство Детской Литературы
Министерства Просвещения РСФСР
Москва 1950 Ленинград

атангива х илгдаа яшважиявя
ВВЕДЕНИЕ
На знаменитой картине русского художника
И. И. Шишкина перед вами расстилается бескрайное
поле зрелой ржи; среди желтого моря высятся стройные
зеленые сосны. Зной. Все накалено. На синем небе лег-
кая белая дымка. Чувствуется, как дрожащие струйки
нагретого воздуха поднимаются вверх...
В такой день внезапно начинают образовываться лег-
кие белые облака, которые быстро темнеют, наливаются
синевой, небо мрачнеет. Не проходит и получаса, как
тяжелая, свинцовая туча низко нависает над полем. Тем-
неет. Волнуется рожь. Вздрагивают сосны. Взметается
дорожная пыль. Налетает вихрь.
И вот упали первые капли дождя, оставляя на дороге
большие темные пятна.
Дождь усиливается. Сильные струи с шумом обруши-
ваются на землю, создавая сплошную завесу из воды.
Вдруг в свинцовом небе сверкнула извилистая огненная
лента... Молния! Она ударила где-то близко, и через
1—2 секунды раздается такой звук, будто рядом с вами
с большой высоты обрушились камни.
Порывы ветра усиливаются. Сосны тревожно раска-
чиваются, склоняя свои кроны к земле. В воздухе творит-
ся нечто невообразимое...
з
Вой ветра, потоки воды, грохот грома, мрачное небо,
прорезаемое огненными зигзагами молний, а всего пол-
часа назад лишь стрекотанье кузнечиков нарушало ле-
нивую тишину знойного дня.
Промокшему путнику, застигнутому на дороге, не до
созерцания этой разбушевавшейся стихии. Взволнован-
ный громом и молнией, он стремится укрыться от дождя
под деревом, прижавшись к его стволу. Но это только
усиливает опасность поражения молнией... Ослепитель-
ный разряд молнии, удар грома — и вдруг одна из сосен
охватывается ярким пламенем. Раздается треск, будто
громадное полотнище разрывают на части, затем сле-
дует ряд глухих ударов. На землю летят ветки, сучья и
кора...
Хорошо еще, что нет града, этого частого спутника
ливней и гроз. Но и без града невесело. Ливень неистов-
ствует. Белая пелена брызг поднимается с земли, по
которой бегут потоки мутной воды. Гром гремит не ути-
хая. На фоне общего шума, воя и свиста опять раздает-
ся сокрушительный треск близкого разряда...
Но вот напряжение грозы спадает — реже блистают
молнии, глуше звучит гром, стихает дождь. Через разры-
вы в свинцово-серых тучах появляются проблески солн-
ца, яркие световые блики легли на рожь и сосны.
На бледнорозовой кожице раненого дерева всеми
цветами радуги переливаются крупные капли дождя.
Гром утих, умчались тучи, ослабел ветер. Снова сверкает
летний полдень. Природа освежилась... Ярче зелень, веет
прохладой, дышится легко и свободно.
**
*
Гроза известна человеку с незапамятных времен.
Представления людей об этом грозном явлении природы
уходят в очень отдаленные времена, когда первобытный
человек, руководимый инстинктом самосохранения, спе-
шил укрыться в каменных пещерах от бушующей стихии,
обрушивающейся на него в виде гигантских вспышек
света, громовых ударов, ливня и града.
Не умея объяснить причин, вызывающих эти грозные
явления, установить связь между ними и управляющие
4
ими законы, полный предрассудков и суеверий, древний
человек считал эти явления действием сверхъестествен-
ных, божественных сил, обрушивавшихся на него «в на-
казание за грехи». В страхе люди обожествляли явления
природы, молились им, приносили жертвы грозным бо-
гам: Перуну — богу грома, Илье — пророку, «громыхаю-
щему по небу в своей колеснице».
Гром и молния обожествлялись не только нашими
предками-славянами. В древнегреческой мифологии упо-
минается главный греческий бог —- громовержец Зеге, о
котором сложено много легенд. В одних рассказывается,
что он, гневаясь на человека, мечет на землю свои огнен-
ные стрелы-молнии. В других — молодой Зевс веде1
борьбу со старыми богами, и т. д., и т. п.
Но, несмотря на страх перед молнией и веру в ее
божественное предзнаменование, уже в глубокой древ-
ности человек внимательно наблюдал и изучал это гроз-
ное явление природы, сжигающее его жилише, убиваю-
щее людей, и пытался вести с ним борьбу, а в некоторых
случаях и использовать его в своих интересах.
Известно, что существование атмосферного электри-
чества было использовано древними для получения «не-
бесного огня» во время приношения жертв.
В египетских храмах для похищения «небесного огня»
возводили высокие деревянные мачты, обитые медными
листами.
В литературе имеются описания специального устрой-
ства, заряжавшегося от атмосферного электричества —
молнии — и собиравшего заряд электричества, достаточ-
ный для того, чтобы убить человека.
При этом жрец, управлявший церемонией жертвопри-
ношения, имел на себе металлический костюм, защищаю-
щий его от разрядов молнии.
На протяжении веков человеческая мысль работала
над тем, как бороться с грозой, как предохранять здания
от пожара, как защищаться человеку. За последние деся-
тилетия изобретены специальные, очень сложные и точ-
ные приборы, с помощью которых ученые наблюдают и
исследуют грозовые явления. Благодаря упорному труду
исследователей теперь гроза и сопровождающая ее мол-
ния получили научное объяснение.
5
Развеяна таинственность этого явления, установлено,
что «божественные силы» здесь ни при чем. Ученые мо-
гут даже искусственно создавать молнию, все в больших
и больших размерах, в своих лабораториях. Совсем кро-
шечные молнии может получить, как это рассказано
дальше, каждый читатель этой книжки.
Люди стремились изучить молнию не просто из лю-
бопытства. Они хотели знать, как бороться с нею, как
ее победить. И теперь молния уже перестала быть
таким грозным явлением: человек научился бороться
с нею.
Прежде чем рассказать, как возникают молнии и
грозы, какой вред может причинить молния и как защи-
щаться от ее разрушительного действия, вспомним основ-
ные сведения об электричестве, так как установлено, что
молния — это первое проявление электричества, которое
мог наблюдать человек.
НЕКОТОРЫЕ СВЕДЕНИЯ ОБ ЭЛЕКТРИЧЕСТВЕ
Две с половиной тысячи лет назад греческий ученый
Фалес заметил, что янтарь (желтая ископаемая смола,
употребляющаяся для украшений), если его натереть ме-
хом, может притягивать легкие предметы, например во-
локна или соломинки. По-гречески янтарь назывался
электроном. От этого слова и получило свое название
электричество.
Потом было обнаружено, что такие же свойства, как
янтарь, приобретают и некоторые другие предметы, на-
пример стекло, эбонит (вещество, из которого делают
гребенки, граммофонные пластинки и т. п.), если их на-
тереть шерстью, шелком или мехом. В таких случаях го-
ворят, что эти предметы наэлектризованы.
Эбонитовую гребенку можно наэлектризовать, расче-
сывая ею волосы. Тот, кто видел, как в темноте
расчесывают чисто промытые и сухие волосы гребенкой,
замечал голубоватые искорки, появлявшиеся около нее,
и слышал их треск.
Одна из первых машин, которую человек построил
6
для получения электричества (это было в конце XVII ве-
ка), состояла из стеклянного шара, вращающегося на
железной оси. Когда натирали сукном вращающийся
шар, а затем дотрагивались до него рукой, то между
шаром и рукой в темноте был виден свет и слышался
треск. При быстром вращении шара наблюдались сла-
бые искорки. Кажется сначала удивительным, что ма-
ленькие, слабые искры и их легкий треск имеют то же
происхождение, что и громадная ослепительная молния
и сопровождающий ее гром. Но это именно так.
Еще двести лет назад ученые окончательно установи-
ли, что молния — это электрическая искра. В очень яр-
ких стихах великий русский ученый Михаил Васильевич
Ломоносов описал сходство между слабой, бледной
искрой, получаемой от натертого сукном стеклянного
шара, и могучими разрядами — молниями:
Вертясь, Стеклянный шар дает удары с блеском,
С громовым сходственным сверканием и треском.
Дивился сходству ум, но, видя малость сил,
До лета прошлого сомнителен в том был.
Внезапно чудный слух цо всем странам течет,
Что от громовых стрел опасности уж нет!
Что та же сила туч гремящих мрак наводит,
Котора от Стекла движением исходит,
Что, зная правила, изысканны Стеклом,
Мы можем отвратить от храмин наших гром...
В 1752 году М. В. Ломоносов и его друг профессор
Г В. Рихман начали исследования грозовых разрядов.
Для этого они построили много остроумных приборов и
установок. Часть своих наблюдений М. В. Ломоносов
проводил в деревне на специальной установке, назван-
ной им «громовой машиной».
На рисунке 1 приводится изображение этой ма-
шины.
На высоком дереве был установлен шест, а к нему
с помощью изоляторов (d) укреплен длинный железный
стержень (обозначенный буквой а). От стержня была
протянута проволока (Ь) через окно недостроенного по-
мещения и укреплена на выступающей из стены балке.
Проволока соединялась с железным аршином, также
висящим на балке с прикрепленной к нему нитью.
7
Рис. 1. «Громовая машина» М. В. Ломоносова.
Вот как описывает свой опыт, произведенный в
1753 году, сам М. В. Ломоносов.
«В 12 число... Июля в первом часу пополудни взошла
темная туча, частыми блистаниями и тресками сильная;
для наблюдения перемен стоял я близ аршина и, не имея
в близости других инструментов, употребил прилунив-
шийся (попавшийся под руку. — И. С.) топор, который к
сему делу довольно был пристоен, ради трехгранных
углов, и что сухое топорище при великой Елекгрической
силе вместо шелковой или стеклянной обыкновенной
подпоры служить могло. Между прочими наблюдениями
сии два примечания достойны быть кажутся. Первое, вы-
скакивали искры с треском беспрерывно, как некоторая
текущая материя, из самых углов, в расстоянии неполно-
го дюйма, когда топор, приводя рукой, держал за железо;
но когда к нему не прикасался, тогда конический шипя-
щий огонь на два дюйма и больше к оному простирался.
Второе, в сем состоянии внезапно из всех углов е, е, е, е,
неравных бревен, бок окна составляющих, шипящие ко-
нические сияния выскочили и к самому аршину достиг-
ли и почти вместе у него соединились. Продолжение вре-
мени их не было больше одной секунды; ибо великим
8
блеском с громом почти соединенном, все как бы угас-
нув кончилось».
Эта первая в мире лаборатория по изучению молнии
явилась родоначальницей многих других, созданных в
Советском Союзе и описанных ниже. Из своих исследо-
ваний Ломоносов сделал замечательные научные и прак-
тические выводы. Некоторые из них сохранили свое зна-
чение и до настоящего времени. В частности, Ломоносов
предложил новый способ защиты от молний, о котором
мы расскажем дальше.
Два рода электричества
Производя различные опыты над электричеством,
люди открыли, что существует два рода электричества.
Одно получается при натирании мехом стекла, драго-
ценных камней и некоторых других материалов. Этот
род электричества назвали стеклянным. Другой род
электричества получается натиранием янтаря, смолы и
ряда других веществ — это электричество назвали смо-
ляным. Теперь для стеклянного и смоляного электриче-
ства приняты в науке другие названия. Электричество
первого рода (стеклянное) называется положитель-
ным, а второго рода (смоляное)—отрицатель-
ным. В науке положительное электричество обозначают
знаком «+» (плюс), а отрицательное — знаком «—»
(минус). Эти обозначения и будут употребляться нами
в дальнейшем.
Электричество одного какого-нибудь рода отталкива-
ет от себя электричество того же рода и притягивает
электричество другого рода. Это важное свойство элек-
тричества можно проверить простыми опытами.
На вбитый в стену гвоздь наденем чистую сухую стек-
лянную трубочку, а к концу ее подвесим на шелковой
нитке кусочек пробки (рис. 2, вверху). Натрем стеклян-
ную палочку мехом или плотной бумагой. Тогда на
стекле появится положительное (стеклянное) электриче-
ство. Дотронемся затем этой палочкой до пробки. При
этом часть электричества перейдет с палочки на пробку.
Теперь на пробке и на конце стеклянной палочки будет
9
находиться электричество од-
ного и того же рода (положи-
тельное) , и пробка отскочгт
от палочки.
Затем подвесим на стек-
лянную трубку две шелковин-
ки с пробками. Если к обеим
пробкам прикоснуться натер-
той стеклянной палочкой, то
они получат одинаковое, поло-
Рис. 2. Опыты с электри-
чеством. Вверху: заря-
дившись от натертой па-
лочки, пробка отталкивает-
ся от нее; в середине:
заряженные стеклянной па-
лочкой, две пробки оттолк-
нутся одна от другой;
внизу: если одну пробку
зарядить от стеклянной, а
другую — от смоляной па-
лочки, то они притянутся
одна к другой.
жительное электричество (или,
как говорят, «зарядятся» по-
ложительным электричеством)
и оттолкнутся одна от другой
(рис. 2, в середине). То же са-
мое произойдет, если зарядить
обе пробки отрицательным
электричеством от натертой
смоляной палочки. Таким об-
разом, два одинакового рода
электричества отталкиваются
друг от друга.
Если же одну пробку заря-
дить натертой стеклянной па-
лочкои, а другую — натертой
смоляной, то обе пробки ока-
жутся заряженными электри-
чеством различного рода
притянутся одна к
(рис. 2, внизу).
Таким образом, два разно-
го рода электричества притя-
гиваются одно к другому.
Чтобы узнать, заряжен ли
какой-нибудь предмет электри-
чеством, пользуются простым
прибором, который называет-
ся электроскопом. Электроскоп основан на том свой-
и
Другой
стве электричества, что два предмета, заряженные элек-
тричеством одинакового рода, отталкиваются один от
другого.
10
Этот прибор изображен на рисунке 3 (слева). Он
состоит из стеклянной банки, закрытой пробкой, через
которую проходит металлический стержень. На том кон-
це стержня, который находится внутри банки, укрепле-
ны два тонких продолговатых металлических листочка,
а на наружном конце — металлический шарик. Если к
шарику прикоснуться стеклянной палочкой, заряженной
Рис. 3. Листочки электроскопа (справа) раздвину-
лись— значит, он заряжен электричеством.
электричеством, то это стеклянное электричество перей-
дет по стержню на листочки. Оба листочка окажутся
заряженными электричеством одинакового рода (поло-
жительным) и поэтому оттолкнутся один от другого
и примут наклонное положение, что и показано на
рисунке 3 (справа).
Если еще раз натереть стеклянную палочку и снова
прикоснуться ею к шарику, то листочки электроскопа ра-
зойдутся еще больше. Это происходит потому, что мы
зарядили электроскоп дважды, или, как говорят, подвели
к нему двойное количество электричества. Чем больше
электричества мы подводим, тем более заметно оно себя
проявляет.
Мы уже говорили, что при расчесывании чистых
и сухих волос гребенкой слышится легкое потрескивание,
а в темноте видны голубоватые искорки.
И
Волосы при этом поднимаются — как говорят, «встают
дыбом», а с приближением такой гребенки к кусочкам
бумаги они устремляются к ней и приклеиваются к ее
поверхности.
В маленькой искре от гребенки имеется очень немно-
го электричества — и потому мы видим слабый свет й
слышим тихий треск. В молнии же образуется очень
большое количество электричества, и поэтому мы видим
искры огромной длины и слышим оглушительный гром.
Электрический разряд
Два одинаковых количества электричества разного
рода уничтожают друг друга; при их соединении ни того,
ни другого электричества не остается.
Это явление называют электрическим разрядом — го-
ворят, что два тела, содержавшие положительное и отри-
цательное электричества, разрядились.
Положительное и отрицательное электричества всегда
стремятся притянуться одно к другому и разрядить тела,
на которых они находятся.
Электрические заряды противоположных знаков при-
тягивают друг друга тем сильнее, чем они больше и чем
меньше расстояние между ними. Вообще судить о суще-
ствовании какого-либо заряда можно по его воздействию
на другой заряд.
Подобно тому как яблоко с дерева падает на землю,
так небольшой электрический заряд стремится к боль-
шому заряду противоположного ему знака.
Если тела, заряженные электричеством разного рода,
находятся близко одно от другого, но между собой не
соединены, разряд может произойти и через воздух;
тогда между обоими телами проскакивает искра и раз-
дается короткий сухой треск. Чем сильнее тела были
заряжены электричеством, тем ярче искра и сильнее
треск.
В лаборатории ученые научились искусственно созда-
вать молнии от специальных аппаратов, которые произ-
водят искры до 10 метров длиной, сопровождающиеся
оглушительными ударами «грома».
12
Всякая электрическая искра происходит от соедине-
ния между собой положительного и отрицательного
электричества, то-есть от электрического разряда.
Проводники и изоляторы
Все вещества, предметы, тела можно разделить на
две группы по их отношению к электричеству — про-
водники и изоляторы.
Проводники электричества — это в первую очередь ме-
таллы (медь, железо и другие), вода и земля. Человече-
ское тело также относится к проводникам. Они проводят
электричество, то-есть пропускают его через себя.
Электрические изоляторы — это фарфор, стекло, резина,
воздух, которые не проводят, не пропускают через себя
электричество.
Течение электричества по проводнику можно сравнить
с движением воды в трубе. Если мы возьмем сосуд с
отходящей от него трубкой (рис. 4) и наполним его
водой, то вода, текущая в трубе, образует ток жидкости,
подобный электрическому току в проводнике. Текущее в
проводе электричество обра-
зует электрический ток.
Чем больше электричества
протекает в одну секунду
через провод, тем больший
ток течет по нему. Единица
измерения силы тока назы-
вается ампером.
Чем тоньше труба и чем
шероховатее ее внутренняя
поверхность, тем с большим
трением частички воды про-
бираются через нее, тем,
как говорят, больше сопро-
тивление трубы, оказывае-
Рис. 4. Сосуд с водой, ко-
торая, вытекая из него по
трубке, образует небольшой
фонтан.
мое движению жидкости.
Чтобы фонтанчик, бью-
щий из трубы, подни-
мался на определенную вы-
13
Рис, 5, Линия передачи электрической энергии.
соту, необходимо повысить уровень жидкости в сосуде,
то-есть увеличить напор воды. Подобный процесс проис-
ходит и в электрическом явлении. И здесь чем тоньше
проводник, тем больше сопротивления он оказывает
проходящему через него электрическому току. Величина
сопоо^ивления проводника измеряется единицей, назы-
ваемой «ом». Медная проволока длиной 100 метров и
сечением один квадратный миллиметр обладает сопро-
тивлением, равным 2 омам. Для прохождения определен-
ной величины электрического тока через проводник с
большим сопротивлением необходимо увеличить элек-
трический напор, или, другими словами, электрическое
напряжение. Напор воды измеряют обычно метрами, а
электрическое напряжение — особыми единицами, воль-
тами. Так например, электрическое напряжение в мос-
ковских квартирах равно 120 вольтам, а напряжение на
трамвайном проводе близко к 600 вольтам. В современ-
ных крупных линиях электропередачи напряжение тока
достигает 200 тысяч вольт и более.
Основную часть электрических систем составляют
‘проводники, направляющие электричество в определен-
ное место, и изоляторы. Изоляторы не дают электриче-
ству уходить из проводников.
Всякий, кто видел телефонную линию или линию пе-
редачи электрической энергии (рис. 5), замечал, что
14
провода, которые служат для передачи электрической
энергии, натянуты на фарфоровых или стеклянных изо-
ляторах. Провода (линия передачи) несут электрическую
энергию от электрической станции (где она вырабаты-
вается машинами) к фабрикам, заводам, машинно-
тракторным станциям и жилищам. Большие фарфоровые
изоляторы поддерживают провода, обеспечивают переда-
чу по линии электрической энергии и не допускают ухо-
да электричества с проводов через столбы в землю,
ограждают, или, как говорят, «изолируют», его от земли.
Что же представляет собой электричество?
Все вы уже знаете, что каждое тело, твердое, жидкое
или газообразное, состоит из отдельных очень мелких
частичек, называемых атомами. Атом же, в свою оче-
редь, состоит из нескольких еще более мелких частиц,
заряженных электричеством. В середине атома располо-
жена его основная часть — ядро атома. Эго ядро заря-
жено положительным электричеством. Вокруг ядра вра-
щаются частицы вещества, называемые электронами,
заряженными отрицательным электричеством.
В обычном состоянии атом содержит одинаковое ко-
личество положительного и отрицательного электриче-
ства и поэтому не проявляет своих электрических
свойств.
Однако если каким-либо образом разбить атом на
части — отделить от него один или несколько электро-
нов, то оставшаяся часть будет иметь больше положи-
тельного электричества, чем отрицательного. Тогда такой
неполный атом проявит себя как положительно заряжен-
ное тело: он будет притягивать из окружающей среды
недостающие ему электроны. Оторвавшиеся же от атома
электроны будут проявлять свойства отрицательного
электричества.
Этот отрыв и происходит, например, при натирании
стекла мехом или плотной бумагой; его можно получить
и другими способами. Электрический ток в проводе
представляет собой движение электронов. Количество
электронов, то-есть количество электричества, проходя-
15
шего через поперечное сечение в единицу времени, назы-
вается силой тока. Как уже отмечалось выше, сила тока
в электротехнике измеряется единицей, называемой ам-
пером.
Через электрическую лампочку, горящую в комнате
и имеющую среднюю яркость, протекает ток, измеряе-
мый Уз—У2 ампера. В линиях передачи электрической
энергии протекают токи, измеряемые сотнями и тысяча-
ми ампер, а в молнии ток доходит до 200 тысяч ампер!
В последние годы с помощью специальных аппаратов
удалось получать токи громадной величины искус-
ственно. Это открыло пути к более быстрому изучению
природы разрядов и их воздействия на различные тела.
Основная часть таких аппаратов представляет собой
громадный резервуар для электрического заряда, назы-
ваемый конденсатором. Подобно тому как бочка может
сохранять в своем объеме налитую в нее воду, конден-
сатор удерживает помещенный в него электрический
заряд.
Так же как уровень воды в бочке по мере наполнения
ее жидкостью поднимается, так и напряжение на кон-
денсаторе будет увеличиваться по мере подведения к
нему электрических зарядов; дру(ими словами — напря-
жение на конденсаторе увеличивается с возрастанием
его заряда.
Устройство конденсатора крайне простое: две пло-
ские металлические пластины, расположенные параллель-
но друг другу, разделены слоем какого-либо изолятора,
например стекла. Такой конденсатор изображен на
рисунке 6. Противоположные заряды (плюс и минус)
размещаются друг против друга на пластинах, помечен-
ных буквами а и б. Чем больше пластина и тоньше слой
стекла, тем больше заряд, запасаемый в конденсаторе.
Так же как вместительность бочки оценивается ее ем-
костью, так и способность конденсатора запасать элек-
трический заряд определяется его емкостью.
К пластинам конденсатора а и б присоединены с по-
мощью металлических проводников шарики виг, кото-
рые отделены друг от друга воздухом.
Нам уже известно, что при сообщении конденсатору
заряда напряжение на нем, то-есть между его пластина-
16
ми, а следовательно, и между .ша-
риками, увеличивается и наконец
достигает такой величины, то-есть
напор, способствующий соединению
положительных и отрицательных
зарядов, делается столь значитель-
ным, что воздух не может более
сопротивляться встречному устрем-
лению зарядов. Изолятор — воз-
дух -- разрушается, плотина оказы-
вается «прорванной, и положитель-
ное и отрицательное электричество
соединяются — происходит разряд.
Заряды бурно нейтрализуются, про-
скакивает искра, раздается треск.
Блеснула небольшая молния. Чем
больше емкость конденсатора, тем
сильнее эффект разряда и ток, ко-
торый течет через пробитый искрой
воздух.
В Энергетическом институте име-
ни Г. М. Кржижановского Акаде-
мии наук СССР построен аппарат,
который может давать кратковре-
менный ток, в несколько раз пре-
восходящий ток наиболее сильной
£ г
Рис, 6. Простейший
конденсатор электри*
ческой энергии.
молнии. Этот аппарат называется генератором импуль-
сных токов; при помощи его можно воспроизводить и
изучать физические явления, протекающие при грозовых
разрядах.
Получение электричества через влияние
Теперь, когда мы знаем, что атомы каждого тела со-
стоят из частиц, содержащих как положительное, так и
отрицательное электричество, мы можем объяснить
важное явление — получение электричества через влия-
ние.
Произведем следующий опыт. Поднесем к шарику
электроскопа палочку, заряженную электричеством
17
какого-нибудь рода, например положительным, но не бу-
дем дотрагиваться палочкой до шарика, оставив между
ними маленький просвет (рис. 7, слева). Листочки элек-
троскопа разойдутся, хотя электричество с палочки на
шарик не могло перейти: воздух не является проводни-
ком. Это произошло по следующей причине. Положи-
тельное электричество на палочке будет притягивать к
себе отрицательное электричество, имеющееся на шари-
ке, стержне и листочках электроскопа, и отталкивать от
себя положительное электричество на этих же проводни-
Рис. 7. Получение электричества через влияние.
ках. Отрицательное электричество соберётся ближе к
палочке — на поверхности шарика, а положительное —
дальше, на листочках. И оба листочка, на которых ока-
залось электричество одного и того же рода (положи-
тельное), разойдутся.
Но такое расположение обоих видов электричества
на электроскопе непрочное. Стоит нам удалить палочку
от шарика, и листочки снова спадут: оба рода электри-
чества, притягиваясь одно к другому, опять равномерно
распределятся во всех частях электроскопа, и он пе-
рестанет проявлять свои электрические свойства.
Теперь снова поднесем к шарику электроскопа палоч-
ку, заряженную положительным электричеством, оставив
просвет. Листочки разойдутся. Затем, не унося палочки,
дотронемся другой рукой до шарика. Угол между листоч-
ками немного уменьшится, но совсем листочки не спадут
18
(рис. 7, посредине). Теперь унесем палочку и отнимем
руку. Листочки останутся в прежнем положении —
электроскоп будет заряжен (рис. 7, справа).
Почему это произошло? Откуда появилось электри-
чество на электроскопе? Ведь мы заряженной палочкой
к шарику не прикасались.
Оказывается, когда мы дотронулись рукой до шарика
электроскопа, положительное электричество на нем, ко-
торое стремилось оттолкнуться от палочки, пошло по
проводникам — нашей руке и нашему телу — и ушло в
землю. А отрицательное электричество, притягиваемое
палочкой, осталось на электроскопе и распределилось по
всей его проводящей части: на шарике, стержне и листоч-
ках. На долю листочков досталось уже меньше электри-
чества, и угол между ними уменьшился. Когда мы после
этого унесли палочку, то ничего не изменилось, и
электроскоп остался заряженным отрицательным электри-
чеством.
Такой способ получения электричества называется
получением электричества «через влияние». Здесь элек-
тричество не проходит от одного тела к другому, а полу-
чается от влияния тела, заряженного электричеством
другого рода.
Из этих опытов для нас наиболее интересным являет-
ся проявление свойства заряда притягивать к себе заряд
противоположного знака. Последний будет располагаться
по возможности ближе к первому, в конечном итоге
стремясь с ним соединиться.
Мы увидим в следующей главе, что именно такое по-
лучение электричества через влияние играет существен-
ную роль при образовании и развитии молнии.
ОБРАЗОВАНИЕ ОБЛАКОВ И ГРОЗОВЫХ ТУЧ
Распределение гроз по земной поверхности
Грозы распределяются по земной поверхности очень
неравномерно. Это объясняется тем, что на образование
гроз влияют очень многие обстоятельства и в первую
очередь температура воздуха, его влажность, пути пере-
2*
19
мещения холодных воздушных масс. В свою очередь, на
движение воздушных потоков оказывают влияние океа-
ны, моря, горы.
Ученые установили, что на земном шаре в разных
его местах одновременно происходит около двух тысяч
гроз.
Наибольшее число гроз наблюдается в тропических
странах (Африке, Индокитае и других), так как там
особенно велико количество дождей.
К северу и югу от этих областей грозовая деятель-
ность ослабевает.
Число гроз, наблюдающихся в определенном районе,
зависит от времени года. На нашем континенте почти
везде наибольшая грозовая деятельность приходится на
летние месяцы: июнь, июль; зимние грозы — явление
крайне редкое.
Распространенное мнение о том, что зимой вообще
не бывает гроз, является ошибочным.
На побережье Атлантического океана, особенно вбли-
зи теплого течения Гольфстрима, наибольшее число гроз
падает на зимние месяцы.
На карте распределения гроз по земному шару изве-
стны шесть областей с исключительно частыми грозами:
Южная Мексика (142 грозовых дня в году), Панама (135),
Центральная Бразилия (106), Центральная Африка (150),
Мадагаскар (95) и Ява (220). Последняя является одной
из областей, наиболее богатых грозами.
Распределение числа грозовых дней по громадной
территории Советского Союза изучается метеорологами
в течение десятков лет. В результате количество грозо-
вых дней в различных районах Союза удалось опреде-
лить с довольно большой точностью. Так например, еже-
годно в районе Ленинграда, Москвы, Смоленска, Тамбо-
ва наблюдаются двадцать —- двадцать пять грозовых
дней.
В северных областях и районах — Архангельске, Мур-
манске — число грозовых дней в году не превышает пя-
ти-десяти. На юге страны, в районах Кавказа, число гро-
зовых дней в среднем достигает тридцати-сорока, а в
некоторых местах — шестидесяти и более грозовых дней
в году. В районах со значительными осадками, напри-
20
мер в Закавказье и Узбекистане, больше всего гроз про-
исходит весной и осенью.
Число гроз, возникающих в данном районе, зависит
также от времени суток.
В СССР наибольшая повторяемость гроз наблюдает-
ся: между 12 и 15 часами в Европейской части СССР
и между 15 и 18 часами в Сибири, на Кавказе и Урале.
Наименьшая грозовая деятельность приходится на ноч-
ное время и раннее утро.
Продолжительность гроз обычно невелика: около по-
ловины всех гроз длится не более одного часа, четвертая
часть гроз — не более двух часов.
Как уже говорилось, грозы распространяются вдоль
поверхности земли, следуя направлению верхних воз-
душных течений.
В Европейской части СССР перемещение гроз проис-
ходит преимущественно в направлении с юго-запада на
северо-восток и с юга на север. Значительно более редко
грозы перемещаются с востока на запад.
В зависимости от атмосферных условий, существую-
щих при образовании гроз, последние могут быть раз-
делены на «внутримассовые» и «фронтальные».
Первый тип гроз имеет место при нагревании нижних
или при охлаждении верхних слоев воздуха.
Солнечные лучи нагревают поверхность земли, откуда
тепло передается в нижние слои воздуха. Грозы, вызы-
ваемые этой причиной, наблюдаются поэтому в жаркие
летние дни.
Основным следствием такого нагрева воздуха являет-
ся нарушение равновесия в атмосфере. Особенно ярко
действие нагрева проявляется на отдельных возвышен-
ных холмах. Пригретые солнцем, они рождают ветер,
поднимающийся вверх и при наличии в воздухе влаги
образующий облака.
Фронтальные грозы возникают, когда два воздушных
течения, имеющие различную температуру, при своем
движении под некоторым углом друг к другу встречают:
ся у поверхности земли.
При соприкосновении теплого воздуха с холодным
первый стремится подняться вверх, а второй — опустить-
ся вниз. В месте встречи теплых и холодных воздуш-
21
ных течений образуется завихрение — сильный ветер;
он устремляется вверх и способствует возникновению
гроз.
Грозы внутримассовые имеют более или менее мест-
ный характер — возникая в каком-либо районе, они и
развиваются преимущественно над ним или перемещают-
ся на небольшие расстояния.
Грозы фронтальные возникают на широкой площади,
по которой движутся холодные массы воздуха.
Эти, как их называют, волны холода перекатываются
обычно с севера к районам с высокой температурой воз-
духа.
В пределах области, захваченной волной холода, мо-
гут возникать и развиваться многочисленные отдельные
грозы, которые перемещаются со скоростью 50—60 ки-
лометров в час на очень большие расстояния.
Распространяясь йа юг, волна холода постепенно на-
гревается, и грозообразование в связи с этим затрудняет-
ся и ослабляется. Следует еще отметить, что среднее
число гроз в год в данном районе, определенное за очень
большой промежуток времени, измеряемый сотнями лет,
сохраняется довольно постоянным.
Образование грозовых туч
В жаркий летний день струи горячего воздуха уносят
с собой вверх влагу с земли. Поднявшись на большую
высоту и постепенно охладившись, пар конденсируется в
мельчайшие капельки воды. Образующиеся капли и кри-
сталлы на фоне голубого неба представляются нам как
белоснежное облако.
Все сильнее прогревает солнце землю, все больше
горячего воздуха, насыщенного влагой, поднимается
ввысь.
Быстро, на глазах, растет облако; оно принимает
очертания так называемого кучевого облака. Чем толще
облако, тем меньше солнечного света проходит через
него — оно темнеет. Однако рост облака не может про-
исходить беспредельно. С удалением от земли температу-
ра воздуха все больше снижается, и поднимающиеся
22
Рис. 8. Так распределено электричество в дождевой капле. По-
ложительное электричество внутри капли изображено одним
большим знаков + (плюс).
водяные пары,, всё более охлаждаясь, начинают обильно
выделять капельки воды.
До поры до времени эти, вначале мелкие, капли воды
поддерживаются в воздухе ветром. С увеличением раз-
меров капель их вес возрастает, и они уже не могут
удерживаться в воздухе. Падая вниз, они образуют
дождь.
При очень бурном каплеобразовании дождь превра-
щается в ливень. Вместе с тем быстрое движение восхо-
дящих потоков ветра и падающих сквозь них водяных
капель приводит к появлению электрических зарядов.
Одной из важных причин образования электричества в
облаках, или, как говорят, появления электризации туч,
является разбрызгивание больших капель на более мел-
кие.
Чтобы понять это, рассмотрим, как распределено
электричество в каждой водяной капле. Такая капля
изображена в увеличенном виде на рисунке 8, а. В центре
ее находится положительное электричество, а равное ему
отрицательное электричество располагается на поверхно-
сти капли. Падающие капли дождя подхватываются вет-
ром, попадают в воздушные потоки. Ветер, с силой
23
ударяющий в каплю, разбивает ее на части. При этом
отколовшиеся наружные частицы капли оказываются
заряженными отрицательным электричеством (рис. 8,6).
Оставшаяся более крупная и тяжелая часть капли за-
ряжена положительным электричеством. Таким образом,
часть тучи, в которой скапливаются тяжелые частицы
капель, заряжается положительным электричеством.
Другой причиной образования электризации туч яв-
ляется заряд образующихся капелек воды частичками
положительного и отрицательного электричества, посто-
янно находящимися в воздухе. Эти заряды являются
осколками атомов и молекул воздуха, появившихся в
результате бомбардировки их космическими лучами, про-
низывающими нашу атмосферу сверху.
Известно, что почти все породы, входящие в состав
земной коры, содержат, хотя и незначительные, следы
радиоактивных веществ; было также установлено, что
естественные воды, а также атмосферный воздух содер-
жат радиоактивные элементы, которые попадают в них
из земной коры.
Бомбардировка воздуха идет также и снизу. Содер-
жащиеся в земной коре элементы — радий, торий, калий
и другие — выделяют из своих атомов частицы материи,
которые с большой скоростью выбрасываются в атмо-
сферу.
Под действием бомбардировки лучами, выделяемыми
радиоактивными веществами, атомы и молекулы воздуха
раскалываются на куски, заряженные электричеством
разных знаков. Такое воздействие на воздух называется
его ионизацией.
Расщепление воздуха, то-есть его ионизация, тем
сильнее, чем интенсивнее лучи, выделяемые радиоактив-
ными веществами.
В этом отношении наибольшая доля ионизации при-
надлежит космическим лучам, которые приходят к нам
из глубочайших недр вселенной.
Космические частички, образующие лучи, несутся с
громадной скоростью и могут поэтому производить силь-
ные разрушения в атмосфере, разбивая атомы воз-
духа.
Так, рождающиеся в облаке из пара капельки воды,
24
попадая в атмосферу, в которой находятся тысячи заря-
женных осколков-атомов, сливаются с ними, поглощая
их заряд. Пролетая большие расстояния в атмосфере и
укрупняясь, капли воды могут сильно заряжаться поло-
жительным или отрицательным электричеством. Такова
вторая причина электризации облаков.
Воздействие на воздух радиоактивных и космических
лучей обуславливает непрерывное существование в ат-
мосфере многих тысяч положительных и отрицательных
частичек в каждом кубическом сантиметре воздуха.
Осколки атомов, соприкасаясь, теряют свой заряд,
делаются нейтральными, но вместо них образуются всё
новые и новые частицы.
Чем сильнее ветер, тем скорее туча заряжается элек-
тричеством. Ветер затрагивает определенную работу,
которая уходит на то, чтобы разделить положительное и
отрицательное электричество.
Дождь, выпадающий из тучи, уносит часть ее элек-
тричества на землю, и таким образом между нею и зем-
лей появляются электрические заряды противоположных
знаков, между которыми создается электрическое при-
тяжение.
В результате совместного действия потоков ветра,
силы тяжести космических лучей и других процессов
созревает грозовая туча с характерным для нее распре-
делением электрических зарядов.
На рисунке 9 показано распределение зарядов в
мощной грозовой туче. Кривые линии указывают дви-
жение воздушных потоков, а цифры, помещенные сбоку,
характеризуют высоту отдельных слоев тучи (слева) и
температуру воздуха в различных слоях (справа).
Такая структура тучи оказывается наиболее харак-
терной и чаще всего встречается в хорошо развитом гро-
зовом облаке.
В верхней части облака, на высоте свьш!е 3—4 кило-
метров, свирепствует мороз. Здесь капли воды встреча-
ются обычно в замороженном состоянии, в виде кристал-
лов льда. При столкновении отдельных ледяных кусочков
они раскалываются, раздробляются; при этом мелкие
осколки, получая положительный заряд, уносятся вверх,
заполняя купол облака. Более крупные, отрицательно
25
заряженные кристаллы опускаются в нижнюю часть об-
лака. Здесь температура выше нуля, и поэтому кристал-
лы льда тают и образуют капли воды, заряженные отри-
цательным электричеством.
Вертикальные, поднимающиеся от земли струи возду-
ха на некоторой высоте меняют свое направление на го-
ризонтальное и при этом могут увлекать за собой шапку
облака в стороны от его основной части.
Результатом будет появление облаков, заряженных
преимущественно одним видом электричества: положи-
тельным или отрицательным.
На рисунке 10 показано распределение электричества
в туче и на поверхности земли, когда туча заряжена
лишь отрицательным электричеством. Стремясь притя -
нуться к туче, положительное электричество на земле
будет распределяться по поверхности всех возвышенных
предметов, проводящих электрический ток. Чем выше
предмет, стоящий на земле, тем меньше расстояние меж-
26
ду ним и тучей, тем
меньше слой воздуха,
разделяющий разно-
именные виды электри-
чества. Очевидно, что
в таких местах мол-
нии легче пробиться к
земле.
Подходя близко к
высокому дереву или
10. Распределение электриче-
в грозовой туче и наземных
предметах.
дому, грозовая туча,
заряженная электриче- с^а
ством, действует на не-
го совершенно так же,
как в рассмотренном
нами опыте заряженная палочка действовала на элек-
троскоп: даже без дождя, переносящего обычно электри-
ческие заряды из тучи на землю, на верхней части дере-
ва или на крыше дома получается через влияние
электричество иного рода, чем то, которое несет на себе
туча. Так например, на рисунке 10 туча, заряженная
отрицательным электричеством, притягивает к крыше
положительное электричество, а отрицательное электри-
чество дома уйдет в более отдаленные участки поверх-
ности земли.
Оба вида электричества — в туче и в крыше дома —
стремятся притянуться одно к другому. Если электри-
чества в туче много, то и на доме образуется через
влияние значительное количество электричества. Подобно
тому как прибывающая вода может размыть плотину и:
ринуться бурным потоком, затопляя долину в своем
безудержном движении, электричество, все в большем
количестве накапливающееся в туче, в конце концов
может прорвать слой воздуха, отделяющий его от поверх-
ности земли, и устремиться вниз. Произойдет сильный
разряд — между тучей и домом проскочит электрическая
искра. Это и есть молния, ударившая в дом.
Разряды молнии могут происходить не только между
тучей и землей, но и между двумя тучами или разными
ее участками, заряженными электричеством разного
рода.
27
Вместе со шквалами, бурями и ливнями грозы часто
несут с собой град.
Географическое распределение града тесно связано с
географическим распределением гроз. В СССР наиболее
подвержены градобитию некоторые районы Кавказа,
Урала и Западной Сибири. Градобитие проявляется
сильнее в горах, чем в равнинных местностях. В Евро-
пейской части СССР наиболее часто подвергаются гра-
добитию Киевский, Тамбовский и Пензенский районы.
В общем, повторяемость града в пределах Советского
Союза уменьшается с запада на восток. Наиболее часто
град выпадает в мае — июле.
27 мая 1844 года градобитие охватило громадную
площадь — от Черного моря до Балтийского и от Дне-
стра и Немана до Волги.
9 июня 1926 года необычайное по местному характе-
ру выпадение града произошло над Одессой. За 40 ми-
нут земля покрылась ледяным слоем толщиной до
20 сантиметров. В среднем градины весили по 30 грам-
мов, а наибольшие из них достигали веса в 300 грам-
мов.
Известны и еще более разительные случаи градоби-
тия, когда диаметр отдельных градин превышал
10—12 сантиметров, а вес доходил до одного килограм-
ма. Легко представить себе, каким бедствием может
явиться такое градобитие. Да и обычного размера град
часто приносит громадный вред, уничтожая плоды, посе-
вы, убивая животных.
Зарождение града происходит в высоких слоях ат-
мосферы, где температура очень низка.
Мощные грозовые облака, поднимаясь на большие
высоты, попадают в область низких температур. Там
капли воды замерзают и образуют ядра градин.
Падающие ядра, будучи холоднее воздуха, через
который они проходят, намораживают на себя новые
слои льда. Если такая градина, подхваченная порывохМ
ветра, поднимается наверх, то при своем новом падении
она снова обрастает коркой льда и, следовательно, еще
более увеличивает свои размеры.
Неоднократное повторение такого процесса приводит
к очень крупному слоистому граду.
28
Рис. 11. Мортиры для стрельбы по грозовым облакам.
Естественно, что борьба с градобитием является весь-
ма важным мероприятием. Уже давно делались различ-
ные попытки рассеивания грозовых туч.
В давние времена люди пытались воздействовать на
грозу всевозможными заклинаниями, зажигали костры,
метали в тучи стрелы. Позднее — сотрясали воздух ко-
локольным звоном и стрельбой из ружей.
Идея уничтожения источников града путем сотрясе-
ния облаков и туч появилась несколько десятков лет
назад. Для этой цели в 60-х годах XIX столетия были
построены даже специальные пушки-мортиры. Такие мор-
тиры для стрельбы по грозовым облакам изображены на
рисунке 11. На трехколесной тележке был установлен
огромный конус; в нижней его части устроена камера, в
которую закладывался заряд пороха. Порох зажигался,
и происходил взрыв. Под действием этого взрыва из
29
раструба вылетало вихревое кольцо дыма, поднимаю-
щееся на большую высоту.
Изобретатели полагали, что вихрь, ворвавшийся в
грозовую тучу, разметет е^ и прекратит градообразова-
ние. Но опыты показали, что дымовые вихревые кольца
раздробляли деревянные планки шириною в 30 милли-
метров и толщиною в 15 миллиметров, удаленные от
мортиры на расстояние 100 метров, но на выпадающий
град пальба из мортир не производила никакого дей-
ствия.
Изобретатели не учли соотношения энергии вихре-
вых колец, выбрасываемых мортирой, и энергии мощного
грозового облака, перемешивающего и крутящего в
ураганном вихре тысячи тонн воды.
Примерно так же мало мог бы сделать курильщик,
пуская кольца дыма для предупреждения сквозняка в
квартире.
Применялся и другой способ борьбы с градобитием:
в тучу с помощью матерчатых змеев поднимали большое
количество взрывчатых веществ, которые взрывались на-
верху. Однако и этот метод оказался неэффективным.
Сейчас ученые исследуют различные методы воздей-
ствия на тучи с целью искусственного вызывания или
задержания дождя. Но эти работы находятся еще в
начальной стадии.
Проблема борьбы с градобитием остается пока не
решенной и является одной из Очередных увлекательных
задач науки, имеющей весьма важное практическое зна-
чение для нашего народного хозяйства.
КАК ИЗУЧАЛАСЬ ПРИРОДА МОЛНИИ
Для того чтобы узнать, как развивается молния,
чтобы правильно определить ее мощность и выяснить
ее «повадки», потребовались длительные и всесторонние
исследования.
В нашей стране такие научные работы были органи-
зованы по плану, разработанному Энергетическим ин-
ститутом Академии наук СССР. Целый ряд причин
обуславливает трудность изучения молнии. Для подроб-
30
него знакомства с интересующим йас явлением его надо
заполучить в лабораторию, «поймать» молнию, однако
сделать это очень трудно. Для всестороннего исследова-
ния разрядов при институте была создана Лаборатория
молнии. К исследованиям привлекались различные ор-
ганизации; было построено очень много оригинальных
измерительных приборов и разработан метод их приме-
нения.
В лаборатории делались многочисленные измерения
искусственных молний, проводились специальные трени-
ровки, чтобы облегчить исследования в естественной об-
становке; в работу вовлекалось много людей. Готовилась
мощная атака на молнию.
Лишь при широкой и тщательной разработке ряда
научных и организационных вопросов стало возможным
быстрое и успешное исследование природы молнии.
Известно, что один квадратный километр поверхности
земли поражается молнией не чаще одного раза в тече-
ние года или двух лет, — это в районах, где ежегодно
происходит двадцать-тридцать гроз.
При таком количестве грозовых разрядов они отме-
чались бы вблизи специальной лаборатории весьма
редко. Дорогое оборудование и квалифицированный на-
учный персонал были бы очень мало загружены. Потре-
бовались бы громадные сроки для решения поставлен-
ных вопросов.
Таким образом, перед «охотниками за молнией» вста-
ла задача: обеспечить места для лабораторий в райо-
нах наибольшей грозовой деятельности, найти методы
регистрации грозовых разрядов, происходящих не только
близко от лаборатории, но и в некотором отдалении от
установленных приборов.
В связи с тем, что грозовой разряд возникает неожи-
данно и развивается весьма быстро, приборы, предназна-
чающиеся для его изучения, должны иметь целый ряд
особенностей. Во-первых, они должны чрезвычайно бы-
стро и автоматически, то-есть без помощи наблюдателя,
включаться в работу и, во-вторых, обладать способ-
ностью исключительно быстрой записи изучаемых .явле-
ний.
Создание таких аппаратов оказалось сложным и кро-
31
потливым делом, но увенчалось успехом. В основу созда-
ния построенных аппаратов были положены разные спо*
собы записи молнии.
Очень много новых фактов из жизни молнии открыл
фотографический аппарат с вращающейся фотографиче-
ской пленкой. В этом аппарате снимок делается на фо-
тографическую пленку, быстро движущуюся мимо
объектива.
Благодаря перемещению пленки в процессе фотогра-
фирования получается «размазанное» изображение пред-
мета. Специальные способы анализа таких фотографий
дают возможность выяснить многие особенности в раз-
витии разряда.
Пусть, например, по одному и тому же пути в ат-
мосфере пройдут две молнии — одна вслед за другой;
если промежуток времени между грозовыми разрядами
очень мал, глаз не сможет отличить одну молнию от
другой. Однако фотоаппарат с вращающейся пленкой да-
ет снимки обеих молний; и чем быстрее происходит пе-
ремещение фотопленки, тем, конечно, больше расстояние
между обоими снимками.
На рисунке 12 показана фотографическая камера,
имеющая, в отличие от обычных аппаратов, семнадцать
объективов; каждый объектив направлен на определен-
ный участок неба.
Где бы ни сверкнула молния, она будет замечена
аппаратом и сфотографирована на пленке, обтягивающей
быстро вращающийся барабан.
Такой многоглазый «наблюдатель» зорко следит за
всем небосклоном, не пропуская ни одной молнии, по-
являющейся в пределах 5—10 километров от места его
установки.
Применяется также фотографический аппарат, отли-
чающийся от обычного тем, что его пластинка имеет
круглую форму и во время съемки вращается перед
объективом — совершенно так же, как патефонная пла-
стинка под иголкой. Снимок, сделанный таким фотоап-
паратом, также растягивается, «размазывается».
Сделанные подобными аппаратами фотографические
снимки помогли проникнуть в сокровенные тайны рожде-
ния молнии.
32
Рис. 12. Фотографическая камера с большим числом
объективов.
Очень важным аппаратом, применяющимся в иссле-
дованиях молнии, является электронный осциллограф,
или, другими словами, записыватель электрических ко-
лебаний. Этот аппарат представляет собой одно из самых
замечательных творений науки и техники.
Действие его основано на том, что тонкий пучок
быстро летящих электронов падает на стеклянный экран,
2 Мо шия и гроза
33
покрытый веществом, которое светится при ударе в него
электронов. Здесь все происходит так же, как у совре-
менного телевизора.
Если пучок электронов заставить отклониться, он бу-
дет, скользя по экрану, оставлять на нем светящийся
след, который хорошо виден невооруженным глазом.
Этот след можно сфотографировать обычным аппаратом
и сохранить изображение полученной записи для более
подробного изучения.
Проще всего уяснить себе принцип работы осцилло-
графа с помощью следующего примера.
Пулемет установлен на некотором расстоянии от де-
ревянного щита — мишени; приведенный в действие,
пулемет выбрасывает поток пуль, которые попадают в
некоторую точку (на рис. 13,а помечена буквой А) в
мишени.
Если между пулеметом и мишенью подует ветер,
пули начнут попадать в другую точку мишени (на
рис. 13,а — в точку Б). При изменении силы ветра пули
будут попадать в разные места мишени; в результате
образуется пунктирный след в виде прямой линии АБ
(рис. 13,а). Чем больше пуль выбрасывает в одну се-
кунду пулемет, тем ближе они расположатся на щите и
тем больше их след будет напоминать сплошную линию.
Пусть теперь ветер подует в другом направлении;
тогда оставляемый пулями след также переместится,
например по направлению АВ (рис. 13,6).
Наконец, если ветер будет дуть с переменной силой,
одновременно в обоих направлениях, след, оставляемый
пулями, изобразится какой-то более или менее сложной
кривой, например АГД (рис. 13,в).
Зная, с какой скоростью дует ветер в одном из ука-
занных двух направлений, можно по следу на мишени
узнать, как менялась скорость ветра в другом направле-
нии.
Таким образом, описанное устройство дает возмож-
ность зарегистрировать сложное изменение скорости
ветра и изучить это изменение, пользуясь известными
приемами. Здесь поток пуль играет роль карандаша, за-
писывающего некоторый процесс во времени. Если те-
перь заменить поток пуль потоком электронов, а дей-
34
Рис. 13. Пулемет, стреляющий в мишень: а — пули отклоняются
горизонтальным потоком ветра и оставляют в мишени след АБ;
б — пули отклоняются вертикальным потоком ветра и оставляют а
мишени след АВ; в — при одновременном отклонении пуль верти-
кальным и горизонтальным потоками ветра пули оставляют
в мишени след АГД.
ствие ветра — электрическими воздействиями на элек-
троны, можно получить кривые на экране и сфотографи-
ровать их на обычные фотопластинки.
Такая регистрация дает возможность изучать элек-
трические процессы с большой простотой и наглядно-
стью.
35
Отклонение пучка электронов осуществляется воздей-
ствием на него электрическим напряжением, которое
может получаться, например, на специально устроенной
антенне в момент даже отдаленного грозового разряда.
Чем интенсивнее молния и чем она ближе, тем больше
напряжение, возникающее на антенне, тем сильнее воз-
действие на электронный пучок. Усиление воздействия
на пучок приводит к увеличению его смещения на
экране осциллографа, по которому можно судить о
характере изменения электрических процессов при раз-
ряде.
Современный осциллограф может записывать явле-
ния, протекающие в крайне малые промежутки времени,
измеряемые миллионными и даже миллиардными долями
секунды. Некоторое представление о таких ничтожных
интервалах времени может дать следующий пример.
Луч света распространяется в воздухе со скоростью,
равной приблизительно 300 тысячам километров в се-
кунду.
Направленный на луну луч света дойдет до цели за
время немного большее, чем одна секунда.
Из Москвы до Ленинграда свет пробежит за две ты-
сячных секунды. Расстояние в один километр свет про-
бежит за три миллионных доли секунды. Осциллограф
может зарегистрировать промежуток времени, в течение
которого свет пробежит лишь один метр (это ничтожно
малый промежуток, равный трем миллиардным долям
секунды).
Осциллограф дает возможность записать самые бы-
стрые колебания тока молнии. Этот аппарат является
сложным, но весьма совершенным прибором, сыгравшим
неоценимую роль в изучении грозовых разрядов.
Громадную роль в измерении токов молнии сыграло
также устройство, называемое магнитным реги-
стратором. Несколько регистраторов изображено
на рисунке 14. Цилиндрический стерженек спрессован из
стального порошка и склеивающего смолистого веще-
ства. Если к такому стерженьку поднести магнит, реги-
стратор намагнитится и сохранит на очень долгое время
свое состояние. Так как ток молнии, цак и вообще вся-
кий электрический ток, обладает способностью намагни-
36
Рис. 14. Магнитные регистраторы, применяемые для измерения
токов молнии.
чивать железные и стальные материалы, то регистратор,
оказавшийся в непосредственной близости от ударившей
в землю молнии, намагнитится и надолго удержит «вос-
поминание» о молнии.
После грозы наблюдатели собирают регистраторы и
в лаборатории выясняют, какова была величина тока
молнии, намагнитившего стерженек.
Разработанные в Лаборатории молнии регистраторы,
изготовленные затем в количестве 120 тысяч штук, бы-
ли расставлены на опорах линий электропередачи.
На рисунке 15 видно, как укреплены регистраторы на
деревянной опоре, поддерживающей провода линии вы-
сокого напряжения.
Буквой Д обозначен деревянный брусок, укреплен-
ный на опоре, в котором в трех отверстиях уложены ре-
гистраторы, помеченные цифрами 1, 2, 8. Несколько ре-
гистраторов более точно измеряют ток молнии.
От верхушки опоры к земле протянут провод П.
Молния, поразившая опору, пройдет по проводнику вбли-
зи регистраторов в землю и таким образом вызовет
их намагничение.
Регистраторы помещались и на отдельных опорах,
специально для этой цели сооруженных. Такие опоры
ставились в местах, где регистрация токов молнии была
особенно важной.
37
Рис. 15. Установка магнитных
регистраторов на деревянной
опоре.
В разных районах на-
шей страны «подкараулива-
лись» регистраторами гро-
зовые разряды.
На рисунке 16 стрелка-
ми показаны места установ-
ки стерженьков на высочай-
ших вершинах Главного
Кавказского хребта. Впер-
вые на постоянно покрытых
ледяным покровом верши-
нах появились измеритель-
ные установки, подстере-
гающие в этих уединенных,
труднодоступных местах
грозовые разряды. Альпи-
нисты взбирались на ледя-
ные кручи, собирали реги-
страторы и бережно достав-
ляли их в Лабораторию
молнии.
Установленные на опо-
рах десятков линий элек-
тропередачи, проходящих в
различных районах Союза,
эти магнитные стерженьки
в течение нескольких лет
зарегистрировали около ты-
сячи грозовых разрядов.
Проведенные измерения
токов молнии позволили
установить вероятность по-
явления токов молнии той
или иной силы и, таким
образом, оценить опасность,
вызываемую грозовыми разрядами.
Оказалось, что сила тока молнии зависит от того,
насколько хорошо проводит электричество почва. Чем
лучше проводимость почвы, тем больше величина тока
«молнии; в районах, где почва плойо проводит электриче-
ский ток, молнии имеют меньшие силы токов.
38
Рис. 16. Вершииы гор Главного Кавказского хребта (возвышаю-
щиеся над уровнем моря на 4300—4400 метров), на которых произ-
водились измерения молнии. Стрелки на рисунке указывают места
установки регистрирующих приборов.
Можно упомянуть еще один очень простой и деше-
вый прибор, называемый «записывателем вол», кото-
рый дал возможность получить много сведений о при-
роде грозовых разрядов.
Устройство прибора таково. Между металлической
пластинкой и иголкой помещается фотографическая пла-*
стинка. Все это заключено в совершенно темном ящике.
Металлическая пластинка присоединяется к земле, а
иголка при помощи провода подключается к антенне.
При грозовом разряде вдали от антенны на ней появ-
ляется небольшое напряжение, которое передается на
иглу прибора. Лишь в темноте можно различить слабое
свечение в виде ореола около острия. На мгновение
вспыхнув, свечение исчезает. Однако после проявления
39
фотографической пластинки на ней обнаруживается
круглая ветвистая фигура, похожая на большую снежин-
ку (см. рис. 17 и 18).
Одна из них (большая) получена в случае, когда на
игле, а следовательно, и на антенне, было положитель-
Рис. 17, 18. Следы элек-
трических разрядов на
фотографической плас-
тинке.
ное электричество, а другая фигура (меньшая) харак-
терна для отрицательного заряда иглы.
По фигурам и их размерам можно, как то показыва-
ют соответствующие опыты, судить о том, каким обра-
зом развивалась молния.
Много других приборов, помимо описанных, было
40
разработано, построено и применено для возможно более
полного изучения молнии.
С 1936 года началась организация полевых лабора-
торий, целью которых было изучение грозовых разрядов
в различных районах нашей страны. Создание лабора-
торий требовало ряда условий: отдаленности от жилых
строений, которые не могли бы своим светом помешать
чувствительным аппаратам фотографировать молнии;
хорошей обозреваемости района; наличия горных вер-
шин для размещения между ними очень длинных антенн.
Необходимо было также, чтобы вблизи имелся источ-
ник воды для нужд сотрудников лаборатории и для
обслуживания аппаратуры.
Важно было учесть возможность переброски из Мо-
сквы ценного и хрупкого оборудования и доставки
строительных материалов для постройки лаборатории.
И вот места были выбраны.
Наиболее крупная лаборатория была построена в
горах Кавказа, в районе, отличающемся повышенной
грозоносностью. Ведь чем больше гроз, тем скорее мож-
но накопить сведения для научных и практических вы-
водов.
Небольшой отряд сотрудников экспедиции и их мно-
гочисленное сложное оборудование прибывают из Моск-
вы к горному району. Отсюда маленький паровозик по
змеевидной, круто поднимающейся железной дороге за
час доставляет несколько зеленых вагончиков к конечной
остановке.
Дорога идет через живописный поселок, а затем
вьется меж склонов все возвышающихся холмов. Гро-
мадные сосны и пихты теснятся у дороги, еще покрытой
снегом. Солнце хорошо греет, снег рыхлый. Молодые
участники экспедиции, отважные «ловцы» молний, не
удержались от соблазна покидаться снежками.
Но вод дорога вышла из леса и растворилась в ряде
тропинок. Одна из них круто устремилась по склону до-
вольно высокой горы. Полчаса подъема — и взору от-
крывается величественная панорама горного хребта с
его многочисленными разветвлениями.
Районами работы экспедиции являются три ближай-
шие вершины, из них та, на которой стоит отряд, не-
41
сколько ниже двух других. Круто спадающие склоны
образуют глубокое ущелье, на дне которого — ручей,
пробивающий себе, не без деятельной поддержки солнца,
дорогу в снегу.
На этой высоте еще господствует тихий покой зимы,
но пригревающее солнце, под лучами которого набухает
и сочится водою снег, заставляет торопиться с работой.
Еще месяц, не более, нужно природе, чтобы снять с зем-
ли белую скатерть, сменить ее на великолепный ковер
альпийских лугов с роскошной зеленью, изумительными
белыми лилиями и пестрыми цветами. Не больше месяца
осталось до начала первых гроз, а сделать за это время
нужно очень много.
Закипела работа. От железной дороги оборудование
лаборатории и строительные материалы доставлялись на
волах. С непостижимой медлительностью и упорством
эти животные поднимали большие тяжести на вершину
горы. День и ночь шло строительство зданий для лабо-
ратории с собственной электростанцией и жилыми доми-
ками для сотрудников.
К назначенному сроку первая горная лаборатория
по изучению молнии была готова.
На рисунке 19 показано здание этой лаборатории,
в котором ' расположены осциллографы, записыватели
волн и другие аппараты.
На балконе устанавливались фотографические каме-
ры. Наверху, под стеклянным колпаком, находился на-
блюдатель, который внимательно следил за ходом грозы,
записывал все наиболее интересные ее проявления и
руководил работой остальных сотрудников, помещав-
шихся внутри сооружения.
Дикие порывы ветра пытались снести лабораторию,
стеклянный колпак угрожающе раскачивался, струи
дождя через малейшие неплотности между толстыми
стеклами и железными рамами просачивались внутрь
лаборатории.
Однако крепко была построена лаборатория. Все зда-
ние было обтянуто металлической сеткой, которая со-
единялась с колючей проволокой, закопанной в землю.
Расположенные недалеко от здания высокие мачты за-
щищали постройку от ударов в нее молнии.
42
Рис. 19. Здание горной лаборатории
Натянутые между тремя горными вершинами антенны
соединялись с приборами лаборатории и давали возмож-
ность регистрировать даже очень отдаленные разряды.
Длина главных антенн достигала 900 метров.
Натягивание таких гигантских антенн между верши-
нами гор тоже представляло трудную задачу. На одной
вершине, недалеко от здания лаборатории, была соору-
жена мачта высотой в 50 метров. Два конца обеих
антенн через изоляторы присоединялись к этой мачте,
а другие их концы прикреплялись, также через изолято-
ры, к мачтам, установленным на двух других вершинах
гор. Эти вершины поднимались над уровнем площадки
лаборатории на 200 метров.
Концы стальных тросов втягивались на вершины ло-
шадьми при дружном содействии всего коллектива
строителей и сотрудников лаборатории.
43
Кроме этих антенн, было подвешено еще пять, более
коротких. К каждой из антенн могли присоединяться
различные приборы.
В течение шести месяцев длился грозовой сезон в
районе полевой лаборатории. Сто восемьдесят суток со-
трудники экспедиции днем и ночью были на страже мол-
ний.
За несколько лет работы этой и других лабораторий
были зарегистрированы тысячи разрядов.
С точки зрения наиболее полной регистрации мол-
ний, важныхм является предсказание гроз. Современная
наука может предсказывать возникновение гроз, их ин-
тенсивность и пути их перемещения. Существует аппа-
ратура, которая позволяет регистрировать грозы, прохо-
дящие на расстоянии в сотни километров от наблюда-
тельного пункта.
Первый в мире прибор-грозоотметчик построил вели-
кий русский ученый, изобретатель радио, Александр
Степанович Попов в 1895 году. Грозоотметчик А. G. По-
пова был применен Метеорологической обсерваторией
Лесного института в Петербурге. Он отмечал звонками
приближение грозы.
После дальнейшего усовершенствования грозоотмет-
чика А. С. Поповым он лег в основу устройства беспро-
волочного телеграфа, известного нам как радио.
Изучение тысячи полученных разнообразных записей
и фотографий дало возможность подробно проследить за
развитием грозовых разрядов, установить их длитель-
ность, силу протекающих в них токов и другие важные
элементы.
РАЗВИТИЕ МОЛНИИ
Чаще всего молнии, ударяющие в землю, происходят
от туч, заряженных отрицательным электричеством.
Сначала из тучи по направлению к земле начинают
течь электроны в небольшом количестве, в узком кана-
ле, образуя в воздухе нечто подобное ручейку.
На рисунке 20 показано это начало образования мол-
нии. В той части тучи, где начинается образование ка-
44
Рис. 20. В туче начи-
нается образование мол-
нии.
нала, скопились электроны,
обладающие большой скоро-
стью движения, благодаря ко-
торой они, сталкиваясь с ато-
мами воздуха, разбивают их
на положительные осколки и
электроны.
Освобождающиеся при этом
электроны устремляются так-
же по направлению к земле
и, снова сталкиваясь с атома-
ми воздуха, расщепляют их.
Это похоже на падейие снега
в горах, когда сначала неболь-
шой ком, катясь вниз, обра-
стает прилипающими к нему
снежинками и, все ускоряя
свой бег, превращается в гроз-
ную лавину. И здесь электронная лавина захватывает
всё новые объемы воздуха, расщепляя его атомы на
части. При этом воздух разогревается, а при повышении
температуры его проводимость усиливается: из изолято-
ра он превращается в проводник.
Через полученный проводящий канал воздуха из тучи
начинает стекать электричество все в большем количе-
стве; оно приближается к земле с огромной скоростью,
достигающей 100 километров в секунду.
Для сравнения напомним, что скорость полета сна-
ряда современных орудий не превышает 2 километров
в секунду.
Через сотые доли секунды электронная лавина до-
стигает земли. Этим заканчивается только первая, так
сказать, подготовительная часть молнии: молния пробила
себе дорогу к земле. Вторая, главная часть развития
молнии еще впереди.
Эту первую появившуюся на земле молнию называют
«лидером», что значит «ведущий». Лидер проложил до-
рожку второй, более мощной части молнии, которую
называют главной.
Как только канал лидера дошел до земли, электри-
чество начинает протекать через него более бурно. Те-
45
перь происходит соединение отрицательного электриче-
ства, скопившегося в канале, и положительного электри-
чества, которое попало в землю с каплями дождя и воз-
никло путем электрического влияния. Происходит раз-
ряд электричества между тучей и землей. Такой разряд
представляет собой электрический ток огромной силы.
Как уже указывалось раньше, сила тока может до-
стигать 200 тысяч ампер. Обычно ток молнии измеряет-
ся величиной в несколько десятков тысяч ампер. Ток,
протекающий в канале, очень быстро нарастает и, до-
стигнув наибольшей силы, начинает постепенно спадать.
Канал молнии, через который протекает такой сильный
ток, очень разогревается и поэтому ярко светится. Но
время протекания тока в грозовом разряде очень корот-
кое. Разряд длится малые доли секундых и поэтому
Рис. 21. Постепенное развитие лидера молнии (три верхних ри-
сунка) и ее главной части (три нижних рисунка).
Рис» 22. Развитие молнии,
полученное с помощью камеры,
изображенной на рисунке 12.
электрическая энергия, ко-
торая получается при раз-
ряде, сравнительно неве-
лика.
На рисунке 21 показано
постепенное продвижение
лидера молнии по направ-
лению к земле (верхних три
рисунка). На трех нижних
рисунках видны отдельные
моменты образования вто-
рой (главной) части молнии.
Человек, смотрящий на
молнию, конечно, не смо-
жет отличить ее лидера от
главной части, так как они следуют друг за другом чрез-
вычайно быстро по одному и тому же пути. Но при по-
мощи фотографического аппарата, устройство которого
уже было описано, можно отчетливо видеть оба процесса.
На рисунке 22 дано изображение искры или молнии,
получающееся с помощью названного фотоаппарата
Тонкая наклонная линия слева изображает лидер. Он
развивается сверху вниз. Когда лидер достиг земли, из
точки соприкосновения его с поверхностью началось
образование главного канала, который устремляется
вверх. Если бы фотографическая пластинка во время
съемки была неподвижна, изображения лидера и глав-
ного канала слились бы в одну линию. Чем быстрее вра-
щается пластинка перед объективом, тем больше отда-
ляются точки начала и конца процесса разряда, На ри-
сунке эти точки помечены буквами А и Б. Зная, с какой
скоростью вращается пластинка, можно вычислить ско-
рость развития молнии.
После соединения двух видов электричества ток обры-
вается. Однако молния обычно на этом не заканчивает-
ся. Часто по пути, проложенному первым разрядом,
сразу же устремляется новый лидер, а за ним, по тому
же пути, идет главная часть разряда. Так завершается
второй разряд.
Таких отдельных разрядов, состоящих каждый из
своего лидера и главной части, может образовываться
47
Рис. 23. Повторные вспышки (импульсы) одной молнии; здесь про-
изошло всего тридцать три вспышки.
до пятидесяти. Чаще же их бывает два-три. Появление
отдельных разрядов делает молнию прерывистой, и часто
человек, смотрящий на молнию, видит лишь ее мерцание.
На рисунке 23 видна молния, которая состояла из
тридцати трех отдельных вспышек — импульсов. Каждая
вспышка имеет свой лидер и главный канал. Не все ли-
деры удается различить на фотографии. Но следует
обратить внимание на то, с каким постоянством после-
дующие импульсы молнии повторяют все зигзаги пути,
проложенного первым лидером.
Подобно тому как ручей, пересыхающий летом, воз-
вращается в свое русло весной, так и импульсы молнии
вливаются в невидимый канал, проложенный первым
импульсом. Между двумя последующими вспышками
молнии ее след успевает померкнуть, с тем чтобы с но-
вой силой засветиться с очередным импульсом.
Вот какова причина мерцания молнии.
Так как молния состоит из нескольких быстро чере-
дующихся вспышек света, то на вращающейся фотогра-
фической пластинке появляются отдельные изображения,
находящиеся на определенном расстоянии одно от дру-
гого. Расстояние между изображениями будет тем боль-
ше, чем быстрее вращается пластинка.
Время между образованием отдельных разрядов
очень мало: оно не превышает сотых долей секунды.
48
2
Если число разрядов очень велико, то длительность мол-
нии может достигать секунды и даже двух секунд. Уж не
так быстра молния, как это представляли себе раньше!
Мы рассмотрели лишь один вид молнии, встречаю-
щийся наиболее часто. Эта молния называется линейной
молнией. Невооруженному глазу она представляется в
виде линии — узкой яркой полосы белого, светлоголубого
или яркорозового цвета. Линейная молния имеет длину
от сотен метров до многих километров.
Путь молнии обычно зигзагообразный. Часто молния
имеет много разветвлений. Зигзаги пути молнии могут
быть объяснены тем, что лидер устремляется в те места
атмосферы, где условия для его развития наиболее бла-
гоприятны. К этим облегчающим начало разряда причи-
нам относятся наличие свободных зарядов, некоторое
местное уменьшение давления воздуха (в авиации извест-
ное как «воздушные ямы») и проч. Как это было уже
сказано, разряды линейной молнии могут происходить не
только между тучей и землей, но и между тучами.
На рис. 24 изображена обычная линейная молния.
Рис. 24. Линейная молния.
з
ОТЧЕГО ПРОИСХОДИТ ГРОМ
Сильный раскатистый звук, которым обычно сопро-
вождается молния, мы называем громом.
Часто гром начинается с сильных коротких ударов,
как бы выстрелов, за которыми следует более продолжи-
тельный грохот, переходящий наконец в затихающее
урчанье.
Как же возникает это одно из самых известных и
внушительных явлений в природе — голос грозы?
Мы видели, что ток в канале молнии образуется в
течение очень короткого промежутка времени. При этом
воздух в канале весьма быстро и сильно нагревается и
от нагревания расширяется.
Так как расширение канала происходит крайне быст-
ро, всего в несколько миллионных долей секунды, то
процесс этот носит характер взрыва.
Слабо натянутая веревка не может создать звука при
ее встряхивании, в то время как туго натянутая веревка
при ударе по ней палкой издает глухой звук. Чем силь-
нее натянута веревка, тем выше тон звучания. Явление
это зависит от скорости, с которой вибрирующая веревка
передает толчки воздуху.
Подобно этому, быстрое расширение канала молнии
и последующие изменения его диаметра сообщают воз-
духу толчки, воспринимаемые нами как звуковые колеба-
ния.
Чем быстрее протекает взрыв канала, тем громче
звук и тем выше его тон.
После внезапного прекращения тока температура в
канале молнии быстро падает, так как тепло уходит в
атмосферу. От охлаждения воздух в канале резко сжи-
мается, что также вызывает сотрясение воздуха, которое
снова образует звук.
Исследования и наблюдения помогли установить рас-
стояние, на котором происходит гром, его распростране-
ние.
Гром редко бывает слышен больше чем за 20—35 ки-
лометров. Это расстояние гораздо меньше того, на кото-
ром можно услышать выстрел из орудия. Объясняется
60
это отчасти тем, что звук от молнии распространяется
через дождь и вихревой ветер.
Как всякий звук, гром распространяется в воздухе со
сравнительно небольшой скоростью — приблизительно
330 метров в секунду, почти равной скорости, с которой
летают современные самолеты. Если наблюдатель видит
сначала молнию и только через некоторое время слышит
гром, то он может легко определить расстояние, которое
отделяет его от молнии.
Пусть, например, между молнией и громом прошло
5 секунд. Так как за каждую секунду звук пробегает
330 метров, то за 5 секунд гром пройдет расстояние в
пять раз большее, а именно 1650 метров. Значит, мол-
ния ударила меньше чем в 2 километрах от наблюда-
теля.
Если гроза проходит стороной и в районе, где мы
находимся, стоит тихая погода, гром еще слышен на
расстоянии 25—30 километров, доносясь через 70—90 се-
кунд после блеснувшей молнии.
Грозы, которые проходят от наблюдателя на расстоя-
нии, меньшем чем 3 километра, считаются близкими, а
грозы, проходящие на большем расстоянии, — даль-
ними.
Продолжительность £рома зависит от пути молнии в
атмосфере. Чем извилистей путь молнии, тем длительнее
звук.
Действительно, если человек находится вблизи от ме-
ста удара молнии, то первая звуковая волна достигнет
его уха очень быстро, а звук, образованный верхней
частью канала молнии, удаленной от наблюдателя
на 2—3 километра, будет услышан им через 6—10 се-
кунд.
В течение всего этого времени от различных частей
канала молнии будут исходить звуки, которые и создают
длительный грохот.
Если вспомнить еще, что молния может состоять из
нескольких отдельных вспышек, каждая из которых по-
рождает свои звуки, и учесть отражение звуков от строе-
ний, земли и т. п., станет вполне понятным разнообра-
зие в длительности, силе грома и его характере.
51
РАЗРЯДЫ В ВИДЕ ПЛАМЕНИ И ОГНЕННЫХ
ШАРОВ
Кроме часто встречающейся и всем знакомой линей-
ной молнии, бывают электрические разряды и других
видов.
Мы уже знаем, что образование молний начинается
с расщепления атомов воздуха в каком-то одном месте
тучи, а оттуда уже разряд развивается в виде длинного
жгута по направлению к земле. Опыт с гребенкой при
расчесывании волос показывает, что при соответствую-
щих условиях могут происходить совсем крохотные ис-
корки-молнии. Как только на остриях гребенки соберется
достаточный заряд и прочность изолятора — воздуха —
будет нарушена, электричество начнет стекать в воздух,
теряясь в нем, как ручей в песках. В природе аналогич-
ное явление истечения электричества с острия часто
наблюдается во время грозы. Когда в грозовой туче и на
поверхности земли скапливаются заряды противополож-
ного знака, они стремятся соединиться, но, не обладая
до поры до времени необходимым напором, они не могут
создать бурного разряда в виде молнии. Однако, скап-
ливаясь на таких остроконечных предметах, как шпили
башен, мачты кораблей, вершины деревьев, заряды могут
стекать оттуда в воздух. Лишь слабое, видимое только
в темноте, свечение дает знать о том, что электричество
покидает земную поверхность.
По утверждению римского философа Люция Сенеки,
еще две тысячи лет назад люди замечали, что во время
гроз звезды как бы нисходят с неба и садятся на мачты
кораблей.
Суеверные моряки Христофора Колумба переставали
бояться бури, когда показывались «огни св. Эльма» —
так было названо свечение, сопровождающее переход
зарядов с земли в атмосферу.
Иногда более интенсивное истечение зарядов в атмо-
сферу сопровождается шипеньем или жужжаньем.
Много интересных наблюдений характерных типов
разрядов сделано альпинистами, застигнутыми в горах
грозой.
Оказывается, что во время грозы палки, скованные
52
железом, начинают издавать звуки, и в темноте на их
концах появляется свечение.
Волосы на голове и бороде встают дыбом, создавая
такое ощущение, будто проводят бритвой по сухим и
жестким волосам. Голова начинает светиться. Огоньки
могут появиться и на одежде.
Иногда достаточно поднять руки, чтобы почувство-
вать, как с пальцев стекает электрический ток, создавая
ощущение бегающих мурашек. Концы пальцев при этом
светятся. Когда наэлектризованные тучи проходят низко
над горным хребтом, наблюдается свечение вершин гор:
они как бы пылают, создавая необычайно красивую кар-
тину.
Когда огни св. Эльма возникают на шпилях высоких
башен, они рельефно выделяются на фоне темного, гро-
зового неба, напоминая небольшие костры или красно-
ватые языки пламени. Обычно разряд держится непо-
движно, но иногда наблюдаются колебательные движе-
ния, которые, то уменьшаясь, то усиливаясь, достигают
полуметра в высоту.
При истечении положительных зарядов с острия в
воздух размеры светового пучка значительно больше, чем
при разряде отрицательного электричества.
Разновидностью разрядов, о которых мы расскажем,
является свечение, наблюдаемое ночью в туманном воз-
духе, около проводов линии электропередачи высокого
напряжения, когда провода окружены ореолом слабо
голубоватого или розоватого цвета. Такого рода разряд
называют «короной». Тихий шелест и слабое потрескива-
ние сопровождают явление «короны».
Но это внешне красивое явление очень плохо отра-
жается на работе линий электропередачи. На проводах
линий электропередачи «корона» поглощает электриче-
скую энергию, бесполезно рассеивая ее в пространстве.
Кроме того, «корона» является источником сильных
радиопомех, отрицательно сказывающихся на работе
радиоприемников и телевизоров.
*
Иногда в атмосфере вблизи земли наблюдаются осо-
бого вида разряды, представляющие собой огненные
53
тела, плавающие в воздухе и известные под названием
шаровых молний.
Чаще всего появление шаровой молнии связывается
с грозой, но известны и исключения из этого правила.
Приведем интересное наблюдение шаровой молнии,
сделанное преподавателем С.:
«Время — около 1890 года. Место — северная оконеч-
ность Харьковской области, город Сумы, слобода Лука.
Тихий, безветреный вечер. Вдали внезапно появляется
как бы голубой светлячок или слабо мигающая лампоч-
ка. Феномен движется медленно с востока на запад по
перпендикуляру от реки Псел, закрытой от глаз лесом,
движется из низины на возвышенность; движение все
ускоряется; с момента же, когда молния вышла из-за
левого угла нашего одноэтажного дома (на высоте кры-
ши), быстрота шара, казалось, стала такой, как у обыч-
ной молнии. Размер ее — с детский мяч. Замеченный
сначала как голубой, этот шар перешел в золотистый
и током поразил усадьбу одного крестьянина в 3—4 ки-
лометрах от нашего дома. Разряд — как взрыв сна-
ряда.
При осмотре пострадавшей усадьбы выяснилось, что
молния угодила в трубу, еще горячую после топки рус-
ской печи, расщепила ее, не развалив, и фасад ее изре-
шетила неглубокими дырочками — как бы оспенными
ямочками, величиной с крупную дробь. Люди, ужинав-
шие за столом, не пострадали — только были ошараше-
ны, оглушены. Сарай во дворе со скотом сгорел... Ни
грозы, ни бури, ни порыва ветра после описанного явле-
ния не случилось; до него ничего не предвещало измене-
ния тихой, ясной, теплой погоды. Четверть или треть
минуты безвредного поведения — и взрыв...»
А вот рассказ другого очевидца о явлении шаровой
молнии, не рожденной грозой:
«В 1902 году, в последних числах мая, в Закавказье,
по горной дороге, ведущей из Боржома в Ахалкалаки
через перевал Мухра — Цхаро (с перевалочной части
коего в ясную погоду одновременно видны Каспийское
и Черное моря), пришлось подниматься на означенный
перевал.
После разразившейся грозы часа через полтора во-
54
шли в полосу разорванных грозовых туч, сползавших в
глубокие овраги, по краям коих вилась дорога. Вскоре
мы вышли из гущи облаков, и нас озарило восходящее
солнце, а облака спускались все ниже, окутывая овраги
и балки, поросшие хвойным лесом. Вокруг нас лесная
растительность уже исчезла — встречался лишь приземи-
стый колючий кустарник и мох на камнях.
Только что солнце скрылось за отдаленнейшей (пя-
той) цепью гор, как общее внимание было привлечено
огненным шаром. Размером и видом он очень напоми-
нал диск луны в момент ясного полнолуния, но был
окружен лиловато-сиреневым сиянием, внутри же казал-
ся раскаленным добела куском железа, в коем зигзагами
пещрили искорки еще более светлые, чем масса, и слы-
шалось легкое потрескивание. Шар этот точно катился
по краю начинающегося несколько выше дороги ущелья
(но не по дну его). В общем, земли он не касался, а его
точно сносило вниз током воздуха, причем он все более
и более отделялся от земли, и казалось, будто он очень
быстро вращается. Прокатился он от нас в 10—12 мет-
рах. Шар катился (пли плыл) довольно медленно и пе-
ресек дорогу (на высоте менее метра) Йатем снова углу-
бился в ущелье и скрылся в сгустившихся в нем обла-
ках, довольно долго просвечивая все-таки в их туманной
толще».
Описано очень много случаев, кЪгда появлению ша-
ровой молнии непосредственно предшествовал грозовой
разряд. Вот что записал наблюдатель С., телеграфист
станции Татаурово Забайкальской железной дороги, в
1905 или 1904 году:
«Летом. Довольно ясная погода; набежала тучка, не-
большой дождь, слабый ветер. Молния попала в жезло-
вой аппарат, его повредила, проникнув туда, вероятно,
по проводу. Из жезлового аппарата поплыла по воздуху
Размер приблизительно с большой детский мяч, но изме-
нивший форму от шарообразной до овальной. Он мед-
ленно плыл через открытую дверь в соседнюю телеграф-
ную комнату. Комната маленькая, окна были закрыты;
молния повернула назад в жезловую, затем через откры-
тую дверь в пассажирский зал III класса и далее через
открытую дверь в багажную, наконец вышла на станци-
55
Рис. 25. Шаровая молния,
имевшая поперечник 8—^мет-
ров, и сопровождающие ее ли-
нейные молнии.
онную площадку. Ничего
здесь не повредила. Куда
исчезла, неизвестно. Цвет
шаровой молнии был крас-
новато-желтый».
На рисунке 25 изобра-
жена шаровая молния, за-
снятая фотографическим ап-
паратом.
Чаще всего шаровая
молния имеет форму арбуза
или груши. Длится она срав-
нительно долго — от неболь-
шой доли секунды до не-’
скольких минут. Обычное
время длительности шаро-
вой молнии — от 3 до 5 се-
кунд. Шаровая молния ча-
ще всего появляется в конце
грозы в виде красных све-
тящихся шаров поперечни-
ком от 10 до 20 сантиметров. В более редких случаях
она имеет и большие размеры. Была, например, сфото-
графирована молния поперечником около 10 ме-
тров.
Описано много случаев, когда шаровая молния имела
сложную форму и различную окраску. Не так давно
недалеко от Москвы, в Томилине, наблюдалась шаровая
молния диаметром 16—17 сантиметров с необыкновенно
яркой серединой, которая казалась огненной и была
окружена ярким лиловатым светом.
В Горловке молния представляла собой огненный
клубок величиной с кулак, неправильной формы, крас-
ного цвета, частью сероватого или синеватого оттенка.
Обычно шаровая молния издает свистящий, жужжа-
щий или шипящий звук.
Шаровая молния может исчезать в одних случаях
тихо, в других — со слабым треском или даже оглушаю-
щим взрывом. Исчезая, она часто оставляет остро пахну-
щую дымку. Вблизи земли или в закрытых помещениях
шаровая молния движется со скоростью бегущего чело-
56
века — приблизительно 2 метра в секунду. Она может
оставаться в покое в течение некоторого времени, и такой
«осевший» шар шипит и выбрасывает искры до тех пор,
пока не исчезнет. Иногда кажется, что шаровую молнию
гонит ветер, но обычно ее движение от ветра не зави-
сит.
Шаровые молнии притягиваются к закрытым поме-
щениям, в которые они проникают через открытые окна
или двери, а иногда даже через небольшие щели. Трубы
представляют для них хороший путь; поэтому шаровые
молнии часто появляются из печей в кухнях. Покружив-
шись по комнате, шаровая молния уходит часто по тому
самому пути, по которому она вошла.
Иногда молния два-три раза поднимается и опускает-
ся на высоту от нескольких сантиметров до несколь-
ких метров. Одновременно с этими подъемами и спуска-
ми огненный шар передвигается иногда и в горизонталь-
ном направлении, и тогда кажется, что шаровая молния
делает скачки.
Часто шаровые молнии «оседают» на проводниках,
предпочитая наиболее высокие точки, или катятся вдоль
проводников, например по водосточным трубам. Двига-
ясь по телам людей, иногда под одеждой, шаровые
молнии вызывают сильные ожоги и даже смерть. Име-
ются описания многих случаев смертельного пора-
жения людей и животных шаровой молнией. Шаровые
молнии могут причинить очень сильные разрушения
зданиям.
Ученые упорно изучали шаровую молнию, однако до
сих пор все разнообразные ее проявления объяснить не
удалось. В этой области предстоит еще большая науч-
ная работа.
Шаровую молнию много раз пытались получить
искусственно в лабораториях. В 1900 году русский физик
профессор Н. А. Гезехус создавал электрические разря-
ды на поверхности воды. При этом возникали очень кра-
сивые световые явления в виде колеблющегося пламени
или крайне подвижных шариков.
Известны и другие опыты, в которых получались яв-
ления электрического разряда, подобные, но лишь по
внешнему виду, небольшим шаровым молниям.
57
Многочисленные научные исследования привели к
заключению, что шаровая молния представляет собой
сгусток наэлектризованной смеси ионизированных газов,
преимущественно из азота, кислорода, водорода и не-
большого количества озона и окислов азота.
Энергия шаровой молнии выделяется за счет химиче-
ских реакций, идущих при распаде или образовании раз-
личных веществ.
Так например, распад озона на кислород идет взры-
вообразно, быстро, с выделением очень большого коли-
чества тепла.
Уже те сведения, которые получены наукой о шаро-
вой молнии, показывают, что ничего таинственного и
«сверхъестественного» в этом явлении нет.
Можно полагать, что в недалеком будущем ученые
смогут объяснить явления шаровой молнии так же, как
они сумели объяснить явления линейной молнии.
ДЕЙСТВИЯ, ПРОИЗВОДИМЫЕ МОЛНИЕЙ
Куда ударяет молния?
В течение одной грозы может быть различное число
молний. При некоторых особо интенсивных грозах за
один час происходит 8—9 тысяч разрядов. Некоторые
происходят высоко между тучами и земли не касаются.
При очень отдаленных молниях гром не слышен. Мы
узнаем о них по свечению в небе. Такие отблески назы-
ваются зарницами. В некоторых районах Украины ночью
видно так много молний и зарниц, что земля почти все
время освещена их светом.
Подсчитано, что каждую секунду в поверхность всей
земли ударяет около ста молний.
Наблюдения показывают, что в тех местах, где за
один год происходит сорок пять — пятьдесят гроз, на
каждый квадратный километр поверхности земли в сред-
нем приходится одна молния. Там, где грозы чаще, уда-
ров молнии на один квадратный километр больше.
Так как молния представляет собой электрический
разряд через толщу изолятора — воздуха, то она проис-
58
ходит чаще всего там, где слой
воздуха между тучей и каким* (
либо предметом на поверхно-
сти земли будет меньше. Мол-
ния поражает колокольни,
мачты, деревья и другие высо-
кие предметы.
Однако молния устрем-
ляется не только к высоким
предметам. Из двух соседних
мачт одинаковой высоты, но
сделанных одна из дерева, а
другая из металла и отстоя-
щих друг от друга на некото-
ром расстоянии (рис. 26), мол-
ния поражает металличес-
кую мачту. Происходит это по
двум причинам. Во-первых,
металл проводит электриче-
ский ток гораздо лучше, чем
дерево, даже если оно сы-
рое. Во-вторых, металлическая
мачта соединена хорошо с
землей, и электричество из
земли может во время развития
Рис-. 26. Молния ударяет в
металлическую мачту, а не
в деревянную, стоящую
неподалеку.
лидера свободнее под-
текать к мачте.
Это обстоятельство широко используют для защиты
различных строений от ударов молнии. Чем большая по-
верхность металла мачты соприкасается с землей, тем
меньше переходное сопротивление и тем легче электри-
честву из тучи перейти в землю. Это можно сравнить с
тем, как струя жидкости льется через’ воронку в бутылку.
Если отверстие в воронке достаточно большое, струя бу-
дет сразу же уходить в бутылку. Если же отверстие в
воронке невелико, то жидкость начнет переливаться
.через край воронки.
Молния может ударить и в ровную поверхность зем-
ли, но при этом она тоже устремляется туда, где элек-
трическая проводимость почвы больше. Так например,
сырая глина или болотистое место поражаются молнией
скорей, чем сухой песок или каменистая сухая почва. По
59
той же причине молния поражает берега рек и ручьев,
предпочитая их возвышающимся вблизи сухим деревьям.
Все это было проверено лабораторными опытами.
В большой деревянный ящик насыпался холм из хорошо
проводящей земли (глины). Этот холм засыпался пес-
ком, который плохо проводит электричество. На поверх-
ность песка насыпался холмик, а под его склоном был
прорыт овраг (рис. 27). Источник разрядов, от которого
начиналось развитие искусственной молнии, помещался
Рис. 27. Опыт, показывающий влияние проводимости почвы
на путь молнии.
как раз над песчаным холмом (подробнее этот аппарат
описан на стр. 72).
Если бы различные проводимости глины и песка не
имели значения, молния направилась бы по кратчайшему
пути в воздухе и поразила вершину песчаного холма.
Однако, как показывает опыт, молния избирает себе
более длинный путь и ударяет в склон песчаного холма
как раз над вершиной холма из глины.
60
Этот опыт подтверждает вывод о влиянии проводи-
мости почвы на путь развивающейся молнии. Это же
дбстоятельство подтверждается другим опытом. В тот же
деревянный ящик насыпался песок, а на поверхности его
сооружались два холма, образующие между собой глубо-
кое ущелье. Источник искусственных молний помещался
над ущельем. При этом разряды шли по кратчайшему
пути и поражали вершины холмов.
После этого в ущелье закапывался под землю метал-
лический шарик и снова приводился в действие источник
искусственных молний. Теперь разряды уже не попадали
в вершины холмов — они устремлялись в узкое ущелье
и ударяли в поверхность земли над закопанным шари-
ком. Этот опыт убедительно показывает, как чутко реаги-
рует молния на наличие в почве хорошо проводящих
предметов или слоев земли.
Молнии приписывают способность находить зарытые
под землей клады. В свете описанных здесь опытов это
«загадочное» поведение молнии находит свое научное
объяснение: молния стремится к металлическим предме-
там, хорошо проводящим электрический ток. Иногда
сама природа наглядно демонстрирует преимуществен-
ную поражаемость молнией предметов, хорошо проводя-
щих электричество.
Любопытные в этом плане наблюдения удалось про-
вести сотрудникам экспедиции Азербайджанской Акаде-
мии наук, работавшей в Човдарском районе. На рисун-
ке 28 показан разрез местности, где располагалась экс-
педиция. На дне глубокого ущелья протекала река. На
Рис. 28. Удары молнии в ущелье и в склоны холмов.
правом холме, возвышающемся над уровнем реки на
630 метров, была расположена полевая лаборатория.
Правее сооружения поверхность земли образовала глу-
бокий овраг, поросший кустарником, среди которого
возвышались деревья.
На всех вершинах холмов были установлены столбы,
на которых располагались регистраторы молнии. Во
время одной из гроз две молнии устремились в узкое
ущелье, к реке. В другие дни были отмечены поражения
молниями одного из деревьев, растущих в овраге ниже
Рис. 29. Использование преимущественного попадания мол-
нии в хорошо проводящие слои почвы при постройке соору-
жений: а — неправильное расположение; б ~ правильное рас-
положение.
лаборатории, и другого, расположенного на склоне более
отдаленного холма. Таким образом, здесь молния выби-
рала себе пути по наиболее проводящим включениям или
слоям, которыми являлись вода или глина.
Простым примером практического использования того
факта, что молния притягивается к хорошо проводящим
слоям почвы, может служить следующий случай. На ри-
сунке 29 изображено сооружение Г, соединенное с зем-
лей так называемым заземлителем Б, устроенным в
плохо проводящем грунте, который прорезается двумя
хорошо проводящими слоями Л и В.
Молния в «поисках» хорошо проводящего пути может
пройти через сооружение, направляясь к жиле, отмечен-
62
ной буквой В. Более правильно будет расположить
сооружение и его заземлитель ниже этой жилы — так,
как это показано на рисунке 29,6. Теперь молния может
беспрепятственно уйти в землю, не задев сооружения.
Эту особенность молнии — устремляться к хорошо
соединенным с землей и хорошо проводящим телам —
широко используют при осуществлении различных за-
щитных устройств.
Пожары, вызываемые молнией
В месте образования молнии воздух очень раскален,
и его температура исключительно высока. При соприкос-
новении молнии с различными горючими материалами
она воспламеняет их. Оказывается, что температура ка-
нала разряда молнии достигает десятков тысяч градусов.
Это во много раз выше температуры горящей спички,
пламенем которой можно зажечь бумагу, смолу, дерево,
керосин и другие материалы. Правда, каждая отдельная
вспышка молнии длится очень недолго, но и за короткое
время она может натворить много бед. Подсчет показы-
вает, что значительный процент пожаров, происходящих
за год, возникает от грозовых разрядов.
Наибольшее число пожаров приходится на местности,
б которых строения имеют крыши из сравнительно лег-
ко воспламеняющихся материалов — дерева, соломы
и т. п.
Ущерб, приносимый молниями в промышленности,
довольно значителен. Так например, в Америке 55 про-
центов пожаров нефти за двадцать лет вызвано грозо-
выми разрядами. Из происшедших там в 1937 году ше-
стисот двадцати тысяч пожаров около двадцати тысяч
возникло от молнии.
Иногда молния разрушает электростанции и теле-
графные провода. При ударе молнии в тонкие проволо-
ки, например в телеграфные провода, они нагреваются
и могут расплавиться.
Иногда проволока после прохождения по ней грозо-
вого разряда совершенно исчезает. Это значит, что она
испарилась, превратившись в металлические пары, со-
63
Рис. 30. След молнии на земле, оставленный в виде большого
фульгурита.
вершенно так же, как вода улетучивается из кастрюли
при кипячении, превращаясь в пар. Где бы ни упала и
чего бы ни коснулась молния, она оставляет свой след.
Падая на землю, молния пробивает некоторый слой
почвы и своим жаром спекает, или остекляет, песок, оста-
вляя длинные трубки, как бы свои «расписки», на земле.
В науке остеклованные трубки, оставленные грозо-
вым разрядом, называются фульгуритами. На ри-
сунке 30 показан один из таких фульгуритов, заснятый с
разных сторон. Встречаются фульгуриты длиной в метр
и более. Образование этих трубок показывает, что мол-
ния развивает в земле очень высокую температуру.
Поражение молнией людей и животных
Если молния ударяет в человека или животное, то в
большинстве случаев этот удар бывает смертельным.
Лишь в тех случаях, когда поражение производится не
основной частью молнии, а ее ответвлением, можно от-
делаться сильными ожогами и увечьями, а иногда
остаться невредимым.
Следы молнии на теле человека иногда носят весьма
своеобразный характер. Они могут иметь вид звездочек,
напоминающих фигуры, показанные на рисунке 17.
Иногда на коже пораженного молнией человека
остается изображение предмета, находившегося на не-
котором расстоянии от тела.
Так, известны случаи, когда на коже оставалась от-
64
печатки монеты, находившейся в кармане. Молния как
бы фотографирует предмет.
Электроны и отрицательно заряженные атомы, выле-
тающие из канала молнии, движутся подобно лучам
света и, встречая на своем пути какие-либо предметы,
при определенных условиях отображают их в виде теней
на теле человека, как при фотографировании линза
отображает предмет на фотопленке.
В человека или животное молния попадает редко.
Все же в местностях с большим количеством гроз от
удара молнии ежегодно умирает девять-одиннадцать че-
ловек из каждого миллиона жителей.
Помимо прямого поражения, молния может воздей-
ствовать на живые существа другим путем. Представим
себе, что грозовой разряд ударил в землю на некотором
расстоянии от идущего человека. Электрический ток
молнии, вступая в землю и растекаясь в ней, проходит
и под ногами человека, находящегося близко к месту
удара. Здесь электричество входит в одну ногу, идет по
ней через тело человека и выходит через другую ногу
снова в землю.
Чем влажнее обувь, тем больше электричества вхо-
дит в тело и тем вероятнее смертельные случая. Но если
даже поражение оказалось и несмертельным, то все же
электрический ток может вызвать различные поврежде-
ния в организме человека. Чем больше сила тока молнии
и чем суше земля в месте удара, тем на большее 'рас-
стояние простирается опасность ранения человека или
животного.
Естественно, что с увеличением расстояния от места
удара сила воздействия на организм уменьшается, и
уже на расстоянии 5—10 метров от места удара молнии
можно считать себя в безопасности от поражения мол-
нией через землю.
Разрушения, вызываемые молнией
Разрушительное действие молнии проявляется в са-
мых разнообразных видах.
При ударе молнии в какое-нибудь здание ила пред-
мет, расположенный на земной поверхности, этот пред-
63
мет разрушается тем больше, чем меньше его проводи-
мость, то-есть чем труднее по нему проходить электри-
честву.
На металлических частях не всегда остается след от
прошедших через них токов молнии. При ударе же мол-
нии в изоляторы или предметы, плохо проводящие элек-
трический ток, часто происходят значительные поврежде-
ния.
Известен, например, случай, когда молния, ударившая
в старый тополь высотой в 30 метров и обхватом в
3 метра, разбила его на мелкие куски.
Расщепление дерева объясняется тем, что ток мол-
нии, проходя по волокнам дерева, вызывает в них интен-
сивное паро- и газовыделение, создающее высокое давле-
ние внутри древесины. Это вызывает расщепление дерева
вдоль волокон. Кроме паро- и газообразующего действия
тока молнии, расщеплению дерева могут способствовать
и электрические силы, появляющиеся при поражении де-
ревянного сооружения лидером, несущим в себе довольно
значительный заряд.
Весьма характерный случай поражения молнией де-
рева и человека произошел летом 1949 года.
После сильного дождя молния ударила в высокую
ель, поразив ее на расстоянии нескольких метров от
верхушки. Оттуда разряд опустился по винтовой линии
вниз, сдирая кору и оставляя на своем пути оголенную
потрескавшуюся древесину. Всего молния проделала
около четырех витков спирали равномерным шагом:
она как бы ввинчивалась в землю. Под деревом в поис-
ках защиты от дождя стояли мужчина и женщина. По-
следняя прислонилась к дереву спиной. Молния, опустив-
шись до места касания женщиной дерева, перешла в ее
тело (в этом месте сдирание коры прекратилось, рис. 31)
и вышла через ноги женщины в землю, оставив два
небольших углубления. Женщина была убита, а мужчи-
на получил лишь сильное сотрясение.
В дальнейшем удалось установить, что под землей
молния устремилась к водопроводной трубе, проходив-
шей на расстоянии нескольких метров от дерева.
Необычным здесь является винтовой путь молнии,
который она выбрала в поисках лучшей проводимости.
66
Рис. 31. Удар молнии в дерево. Виден след прохождения разряда,
содравшего кору. В месте, где сдирание коры молнией прекрати-
лось, разряд прошел сквозь тело человека.
5*
Рис. 32. Слева: молния разрушила высокую дымовую трубу;
наверху справа: молния, подобно пуле, пробила оконное
стекло; внизу справа: молния расщепила кусок дерева.
Часто молния разрушает кирпичные и железобетон-
ные сооружения.
На рисунке 32, слева, показан результат ударов мол-
нии в высокую кирпичную трубу. Молния совершенно
разрушила верхнюю часть трубы длиной около 30 мет-
ров. Следующие 15 метров разрушены наполовину, а в
нижней части получилась трещина. Отдельные камни
разлетелись на 200—300 метров. Отвалившаяся кирпич-
ная кладка повредила крышу соседнего здания.
На этом же рисунке (наверху справа) видно, как
молния пробила оконное стекло подобно пуле, оставив
на нем лишь небольшое отверстие. На рисунке 32 (вни-
зу справа) показано, как искусственная молния, создан-
ная в лаборатории, расщепила кусок дерева.
На рисунке 33 показаны две одинаковые медные
трубки, одна из которых не была в употреблении, а дру-
гая служила молниеприемником и была поражена разря-
дом.
68
Длина всей трубки вме-
сте с ее конической частью
составляла 19 сантиметров.
Как видно на рисунке, по-
раженная молнией трубка
сильно пострадала. Около
2 сантиметров острия совер-
шенно расплавилось, кони-
ческая часть верхушки и
почти вся цилиндрическая
часть трубки сжаты, а ее
шов расплавлен.
^Влияние молнии на
работ// электрических
систем и радио
Рис. 33. Одинаковые медные
трубки, одна из которых (пра-
вая) под действием молнии,
ударившей в нее, сплющена и
частично разрушена.
Очень часто молния
ударяет в провода линий
электропередачи. При этом
либо грозовой разряд по-
ражает один из проводов
линии и соединяет его с
землей, 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 потреби-
тель остается без электрической энергии.
Чтобы предупредить такого рода аварии, принимают
различные меры. Чаще всего над проводами линий
электропередачи подвешивают дополнительный провод
(его называют тросом), хорошо соединенный с землей.
Так как трос возвышается над остальными проводами
линии, то молния ударяет в него и уходит в землю через
мачты, на которых он укреплен.
Грозовые разряды оказывают сильные помехи и ра-
диоприему. Всем радиолюбителям известны характерные
трески и щелчки в наушниках или репродукторах. Эти
помехи возникают даже при очень далеких грозах. Если
гроза находится на расстоянии нескольких десятков ки-
69
лометров, то помехи бывают очень сильными. При ешё
более близких грозах радиоприем на антенны делается
опасным, потому что молния может ударить в антенну
и проникнуть по радиовводу в жилые помещения. Изве-
стен случай, когда молния, проникшая таким образом
в помещение через небольшую антенну, служившую для
физических опытов (радио тогда еще не было), убила
русского физика, друга М. В. Ломоносова, профессора
Рихмана.
Для защиты от возможного проникновения молнии в
помещение по антенному вводу необходимо тщательно
заземлять антенну при помощи специального переключа-
теля. И, конечно, во время грозы нельзя пользоваться
радиоприемником, имеющим антенну вне помещения.
Ложно ли поймать молнию и
использовать ее энергию?
Используя свойства молнии устремляться к высоким
предметам, особенно в том случае, если они хорошо про-
водят электрический ток, можно «ловить» молнию. Для
этого Лабораторией молнии были использованы воздуш-
ные шары, поднимавшие в грозовые тучи металлические
тросы, присоединенные к земле.
Молния ударяла в тросы, спускаясь по ним, прохо-
дила через приборы, установленные в лаборатории, и
затем уходила в землю.
В этих случаях «пойманные» молнии были использо-
ваны лишь для научных целей.
При помощи ряда описанных выше приборов реги-
стрировались и изучались различные характеристики
молнии: ее ток, скорость его изменения и т. п.
Оценить, насколько выгодно использовать энергию
молнии для технических целей, можно, определив рабо-
ту, которую способен произвести грозовой разряд. Таи
как молния длится очень короткое время, то эта энергия
оказывается очень небольшой.
Если энергию такой величины использовать, напри-
мер, для освещения небольшого дома, имеющего сто-
двести электрических лампочек, то ее хватило бы лишь
на 1—2 часа.
70
При такой небольшой работоспособности молнии
трудно говорить о целесообразности ее технического ис-
пользования. Применение молнии в качестве источника
энергии затруднено еще и тем, что за один грозовой
сезон даже в очень высокий молниеприемник (400—
800 метров над землей) молния в среднегрозовой
местности ударяет не более двадцати — двадцати пяти
раз.
ЗАЩИТА ОТ МОЛНИИ
Молниеотвод
О том, как защищаться от опасного действия мол-
нии, думали уже с давних времен, но настоящее научное
изучение этого вопроса началось лишь с середины
XVIII века, когда ученые доказали, что молния пред-
ставляет собой электрический разряд. В результате дли-
тельных исследований и опытов появился громоотвод,
правильнее — молниеотвод.
В отличие от существовавших ранее представлений,
будто молниеотвод должен только предупреждать обра-
зование грозового разряда путем бесшумного отвода
электрических зарядов из тучи, М. В. Ломоносов ука-
зал, что защитное устройство должно воспринимать уже
развивающуюся молнию на себя. Роль молниеотвода
заключается в том, чтобы отклонить грозовой разряд от
защищаемого сооружения, восприняв его на себя, и от-
вести, без опасности для окружающих, в землю.
Ломоносов так говорит о молниеотводах:
«...Стрелы на местах, от обращения человеческого
по мере удаленных, ставить за небесполезное дело почи-
таю, дабы ударяющая молния больше на них, нежели
на головах человеческих и на храминах, силы свои изну-
ряла».
В настоящее время применяются именно такие систе-
мы защиты от молнии, которые перехватывают молнии
и не допускают их к сооружениям.
Существуют различные способы защиты от молнии.
Мы уже кратко говорили о тех защитных мероприятиях,
71
которые применяются на линиях электропередачи. Теперь
расскажем, как защищать от грозовых разрядов здания
и другие постройки.
Наиболее распространены молниеотводы, представля-
ющие собой металличеЬкий стержень (называемый мол-
ниеприемником), возвышающийся над защищаемым
сооружением и соединенный с землей металлическим
проводником. Этот проводник служит для отвода тока
молнии в землю и называется токоотводом. Для лучше-
го соединения с землей токоотвод имеет в земле развет-
вления, состоящие из нескольких металлических стерж-
ней или проволок, располагающихся наподобие корней
дерева. Вся эта подземная металлическая система на-
зывается заземлением. Мы уже знаем, что чем лучше
связь токоотвода с землей, тем с меньшей опасностью
для окружающих может быть отведен разряд.
На рисункё 35 показан молниеприемник А, установ-
ленный на крыше дома и соединенный проводником Б с
трубами В, забитыми в землю (заземлитель). Такого
вида молниеотводы называются стержневыми и часто
устанавливаются на отдельно стоящих деревянных стол-
бах или металлических мачтах.
Другим видом молниеотводов являются антенны и
сетки, натягиваемые над сооружениями. Все эти молние-
отводы 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 основ-
ным является вопрос: какое пространство этот молниеот-
вод может защитить? Чем выше молниеотвод, тем с
большего пространства вокруг себя он может «собрать»
молнии.
Для определения защищаемого пространства исполь-
зуются опыты, проводимые в специальных лабораторных
установках. Одной из таких установок является специ-
альный аппарат, создающий искусственные молнии и
известный под названием генератора импульсов
напряжения (рис. 34).
Основой его устройства является элемент, уже опи-
санный нами раньше и называемый конденсатором (Я).
72
Рис, 34, Генератор импульсов напряжения — аппарат для получения
искусственных молний.
'ЙО
6
Рис. 35. Дом, защищенный от
поражения молнией.
на нашем рисунке видны
четыре конденсатора. Все
они заряжаются до одина-
кового напряжения.
В момент, когда нужно
искусственную
конденсаторы
друг с другом
получить
' молнию, все
соединяются
в цепочку.
Теперь общее напряже-
ние всех конденсаторов уве-
личивается в четыре раза.
Чем больше напряжение,
даваемое генератором, тем
длиннее искра, которая может получиться в воздухе.
При напряжении в 3 миллиона вольт длина искусствен-
ной молнии может достигнуть 5—6 метров.
С помощью такой длинной искры можно проверить
действие молниеотвода, защищающего какое-либо соору-
жение на модельной установке; для этого специальная
модель сооружения располагается на большом металли-
ческом плоском листе; здесь же устанавливается молние-
отвод, защитное действие которого необходимо выяс-
нить.
Затем заставляют действовать генератор импульсов,
который посылает свои искусственные молнии на модель
сооружения и его молниеотвод. Наблюдатель отмечает
место попадания молнии.
Если все молнии попали в молниеотвод, действие
его вполне удовлетворительно. Если же часть разрядов
попадает в сооружение, защитное действие молниеотво-
да должно быть улучшено, для чего нужно либо увели-
чить высоту стержня молниеотвода, либо более удачно
расположить его в отношении сооружения.
Для того чтобы добиться правильного защитного дей-
ствия молниеотвода, приходится проделывать огромное
количество опытов.
Результаты наблюдения обобщаются и используются
для создания различных защитных устройств.
Стержневой молниеотвод защищает во все стороны
от себя одинаково. Вокруг него образуется «защищен-
74
Рис. 36. Пространство, заклю-
ченное в этом конусе, защи-
щено от грозовых разрядов.
с определенной степенью
ное» пространство, имею-
щее форму конуса (подоб-
ного шалашу, составленно-
му из палок, — ом. рис. 36).
В действительности защи-
щенное пространство имеет
более сложное очертание.
Расстояние от окружности,
на которую опирается этот
шалаш, до ее центра, где
стоит молниеотвод, такое
же, как высота молниеотво-
да. Все, что находится
внутри этого конуса, будет
надежности защищено от молнии.
Чем больше окружность в основании конуса, тем с
меньшей надежностью будет осуществлена защита, то-
есть тем больше вероятность того, что молния попадет
внутрь воображаемого конуса.
Если нужно защитить от молнии какое-либо неболь-
шое сооружение, то ставят на него или около него стер-
жневой молниеотвод такой высоты, чтобы все сооруже-
ние попало в защищаемое пространство внутри изобра-
женного здесь конуса или другой принятой для расчетов
фигуры.
Устройство молниеотвода
Далеко не всегда защита может быть осуществлена
одним стержневым молниеотводом. Для защиты очень
длинного или очень высокого здания потребовалась бы
такая большая высота молниеотвода, что его устройство
было бы очень трудным. В таких случаях прибегают к
помощи нескольких молниеотводов, устанавливаемых с
различных сторон защищаемого сооружения.
Часто молниеотводы выполняются в виде антенн; при
этом трос антенны натягивается над защищаемым объ-
ектом, концы троса соединяются с заземлителями, то-есть
заземляются. Очень важным условием выполнения гро-
зозащитных устройств является экономное расходование
материалов: проволоки, троса, железа.
75
W---------------- /V.z?
Рис. 37. Защита от молнии небольшого дома.
Для примера рассмотрим защиту от молнии неболь-
шого жилого дома, изображенного на рисунке 37.
Длина дома у основания равна 14 метрам, ширина и
высота до конька — 7 метрам.
Здесь наиболее подходящей защитой является стер-
жневой молниеотвод длиной в 5 метров, установленный
на самой постройке в середине конька крыши. Пунктир-
ные линии на рисунке ограничивают то пространство, в
которое попадание молнии очень мало вероятно.
Как видно на рисунке, все части дома оказываются
в пределах выбранных конусов.
Молниеотвод может быть выполнен в виде деревян-
ного шеста, прикрепленного к стропилам крыши. Тогда
токоотводным проводником будет железная проволока
толщиной 8—9 миллиметров, которую следует проложить
вдоль шеста. Проволока может быть и не круглой, но
ее поперечник должен быть не меньше 50 квадратных
миллиметров. Проволока должна быть укреплена на ше-
сте железными бандажами и выступать над верхним
концом шеста не менее чем на 100—150 миллиметров.
Токоотвод следует опустить по крыше и затем по сте-
не-дома вниз, в землю, в которой вырывается канава
глубиной 1 метр. На дне канавы располагают токоотвод.
Длина канавы и токоотвода может быть различной, в
зависимости от характера почвы: в глине она равна
3 метрам, в суглинке — 5 метрам, в черноземе —
76
10 метрам, в супеске— 15—25 метрам. Чем меньше про-
водимость грунта, тем длиннее должна быть проволока.
В песчаных грунтах заземление молниеотвода следует
делать в местах с одинаковой влажностью и выполнять
его в виде двух-трех лучей, направленных в разные сто-
роны, каждый длиной в 20 метров.
Если токоотвод прокладывается по кровле, сделанной
из воспламеняющегося материала (например, соломы,
щепы и т. п.), то нельзя допускать, чтобы он касался
крыши. В этих случаях токоотвод прокладывается на
деревянных или металлических штырях, укрепленных на
решетке кровли таким образом, чтобы между проволокой
и поверхностью крыши оставался промежуток в
5—10 сантиметров.
Защита от грозовых разрядов может быть осуще-
ствлена молниеотводом, стоящим отдельно от дома. Так
например, можно использовать дерево, растущее вблизи
строений (рис. 38). В этом случае достаточно проложить
проволоку по стволу дерева. Если длина этой проволо-
ки А от верхнего ее конца, укрепленного на дереве, до
поверхности земли достигает 14—18 метров, а расстоя-
ние Б от проволоки до наиболее удаленного края дома
не более 10—15 метров, то дом будет защищен от уда-
ров в него молнии.
Один молниеотвод может защищать одновременно
Рис. 38. Защита при помощи молниеотвода, устроенного на дереве.
два дома, как видно на том же рисунке. Если дерево
находится от здания на расстоянии, меньшем 4—5 мет-
ров, то следует в том месте строения, которое ближе
всего к дереву, проложить по стене железный провод
(толщиной 7—8 миллиметров), присоединив его под зем-
лей к заземлителю молниеотвода. Эта проволока в слу-
чае перескакивания молнии на защищаемое сооружение
предупредит расщепление постройки и ее воспламенение.
Здесь же следует указать, что заземлители молние-
отводов должны быть удалены от конюшен и других
помещений, где находятся животные, не менее чем на
8—10 метров, так как животные, и в частности лошади,
очень восприимчивы к воздействиям на них даже незна-
чительного электрического тока.
Как человеку защищаться от молнии?
Чтобы не быть пораженным ударом молнии, нужно
избегать во время грозы подходить к молниеотводам или
высоким предметам: столбам, деревьям — на расстояние
меньше 8—10 метров. Человек, застигнутый грозой вда-
ли от помещений, ни в коем случае не должен прятаться
под деревьями, прислоняясь к их стволу.
Очень опасно в грозу оставаться на возвышенных
местах (холмах или горах) или на открытых равнинах.
Лучше всего укрываться в небольших углублениях на
склоне холмов, вблизи больших камней или деревьев,
на расстоянии не менее 8—10 метров от одиночных
предметов. Если имеется возможность, нужно выбирать
место посредине между двумя деревьями, растущими
на расстоянии 15—25 метров друг от друга.
Следует предостеречь от одной очень распространен-
ной и совершенно неправильной меры, применяемой при
спасении человека, пораженного электрическим током
или молнией. Часто, чтобы «оживить» пострадавшего, его
временно закапывают в землю, в то время как он
нуждается в искусственном дыхании и усиленном прито-
ке воздуха. А если у пострадавшего есть открытые ране-
ния от удара молнии, то земля загрязняет их.
В таких случаях закапывание в землю только может
78
повредить человеку. Находящемуся в бессознательном
состоянии лучше всего до прибытия врача делать искус-
ственное дыхание.
Так как шаровая молния изучена сравнительно мало,
то до сих пор еще нет надежно проверенных способов
защиты от нее.
Хотя и бывали случаи, когда шаровая молния прони-
кала даже через закрытое окно, пробив оконные стекла,
все же закрытое помещение, при закрытых окнах и воз-
духопроводах (вентиляциях), достаточно защищено от
шаровой молнии.
Самой простой мерой, защищающей от шаровой мол-
нии, является установка над выходными отверстиями
труб, в вентиляционных проходах и тому подобных ме-
стах металлических заземлений — сеток с отверстиями не
более 4 квадратных сантиметров и толщиной проволоки
2—2^ миллиметра. Эта мера должна особенно тщатель-
но осуществляться в огнеопасных помещениях.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Мы познакомились с тем, что такое гроза и ее спут-
ники — молния и гром.
Солнце, вызывающее все изменения в нашей земной
атмосфере, льет свои лучи на землю и испаряет своим
теплом воды морей, рек и озер. Водяные пары поднимс-
ются вверх и образуют облака.
Охлаждаясь при подъеме в высокие слои атмосферы,
частички водяного пара превращаются в мельчайшие
водяные капли; многие капельки, сливаясь в одну, дают
значительные по размеру дождевые капли. Нагретый
воздух рождает ветер, разбивающий капли; при этом
отдельные частички жидкости приобретают электричество
разных знаков — положительное и отрицательное.
Под действием силы тяжести и ветра происходит раз-
деление различного рода электричества. Отдельные об-
лака получают положительные и отрицательные электри-
ческие заряды, а это ведет к образованию тучи. Выпа-
дающий дождь уносит часть зарядов тучи на землю.
Электрическое напряжение в туче постепенно нара-
79
стает и наконец достигает такого момента, что в какой-
либо ее части начинается образование молнии.
Развитие разряда идет стремительно и завершается
образованием огромной электрической искры, проскаки-
вающей между тучами или тучей и землей. Образуется
молния, которая ослепительной вспышкой света и сотря-
сающими воздух раскатами сигнализирует о соединении
разделенных солнцем и ветром электрических зарядов
противоположных знаков. Непрерывно около двух тысяч
гроз действует на поверхности земного шара. Ежесекунд-
но около ста молний поражает землю. И каждая может
причинить ущерб.
Гроза не есть случайное явление, это закономерный
процесс в жизни атмосферы, участвующей в сложном
круговороте явлений нагрева, испарения, ветра, электри-
ческих сил.
Ученые давно уже установили, что молния есть элек-
трическая искра, или, как говорят, электрический
разряд. Наука об электрическом разряде и вообще об
электричестве не только' помогла человеку понять сущ-
ность грозовых разрядов, но и открыла ему способы за-
щиты от разрушительных действий молнии, а электриче-
ство подчинила воле человека, -заставив служить ему
на пользу.
Несомненно, что развитие науки о грозах и молниях,
в которую многим из вас, юные читатели, суждено будет
сделать свой вклад, даст в руки советских людей сред-
ства к полному покорению и использованию мощных сил
природы.
3