ฟ้าผ่าคืออะไรและเกิดขึ้นได้อย่างไร?

ที่มาของฟ้าแลบ

หมอกที่ลอยขึ้นสูงเหนือพื้นดินประกอบด้วยอนุภาคน้ำและก่อตัวเป็นเมฆ เมฆที่ใหญ่กว่าและหนักกว่าเรียกว่าเมฆคิวมูลัส เมฆบางก้อนมีลักษณะเรียบง่าย—ไม่ทำให้เกิดฟ้าแลบหรือฟ้าร้อง คนอื่นเรียกว่าพายุฝนฟ้าคะนองเพราะสร้างพายุฝนฟ้าคะนอง ฟ้าแลบและฟ้าร้อง เมฆฝนฟ้าคะนองแตกต่างจากเมฆฝนทั่วไปตรงที่มีประจุไฟฟ้า บางส่วนเป็นประจุบวก บางส่วนเป็นประจุลบ

เมฆฝนเกิดขึ้นได้อย่างไร? ทุกคนรู้ว่าลมแรงแค่ไหนในช่วงพายุฝนฟ้าคะนอง แต่ลมวนที่แรงกว่านั้นก่อตัวสูงขึ้นเหนือพื้นดิน โดยที่ป่าและภูเขาไม่กีดขวางการเคลื่อนที่ของอากาศ ลมนี้สร้างกระแสไฟฟ้าเป็นบวกและลบเป็นส่วนใหญ่ในก้อนเมฆ

มีไฟฟ้าบวกอยู่ตรงกลางของหยดแต่ละหยด และพบไฟฟ้าลบจำนวนเท่ากันตามพื้นผิวของหยด เม็ดฝนที่ตกลงมาจะถูกลมจับและตกลงสู่กระแสลม ลมปะทะกับหยดน้ำอย่างแรงทำให้มันแตกเป็นชิ้นเล็กชิ้นน้อยในกรณีนี้ อนุภาคชั้นนอกที่แยกตัวออกมาของหยดจะมีประจุไฟฟ้าเป็นลบ

ส่วนที่ใหญ่กว่าและหนักกว่าของหยดที่เหลือจะถูกประจุด้วยไฟฟ้าบวก ส่วนของเมฆที่มีละอองหนาสะสมอยู่จะมีประจุไฟฟ้าเป็นบวก ฝนที่ตกลงมาจากก้อนเมฆจะถ่ายเทพลังงานไฟฟ้าบางส่วนจากก้อนเมฆลงสู่พื้นดิน และด้วยเหตุนี้จึงมีการสร้างแรงดึงดูดทางไฟฟ้าขึ้นระหว่างก้อนเมฆและพื้นดิน

ในรูป 1 แสดงการกระจายไฟฟ้าในก้อนเมฆและบนพื้นผิวโลก หากก้อนเมฆมีประจุไฟฟ้าเป็นลบ พยายามดึงดูดเมฆนั้น ไฟฟ้าที่เป็นบวกของโลกจะกระจายไปทั่วพื้นผิวของวัตถุสูงทั้งหมดที่นำกระแสไฟฟ้า ยิ่งวัตถุยืนอยู่บนพื้นสูงเท่าใด ระยะห่างระหว่างด้านบนและด้านล่างของก้อนเมฆและชั้นอากาศที่เหลืออยู่ก็จะยิ่งน้อยลงเท่านั้น ซึ่งจะปล่อยกระแสไฟฟ้าตรงข้ามกัน เห็นได้ชัดว่าฟ้าผ่าลงดินในสถานที่ดังกล่าวได้ง่ายกว่า เราจะบอกคุณเพิ่มเติมเกี่ยวกับเรื่องนี้ในภายหลัง

ข้าว. 1. การจ่ายกระแสไฟฟ้าในเมฆฝนฟ้าคะนองและวัตถุบนพื้นดิน

ฟ้าแลบเกิดจากอะไร?

เมื่อเข้าใกล้ต้นไม้สูงหรือบ้าน เมฆฝนฟ้าคะนองที่ประจุไฟฟ้าจะกระทำกับต้นไม้นั้น ในรูป ก้อนเมฆ 1 ก้อนที่มีประจุไฟฟ้าลบจะดึงดูดไฟฟ้าที่เป็นบวกมาที่หลังคา และไฟฟ้าที่เป็นลบของบ้านจะลงสู่พื้นดิน

ไฟฟ้าทั้งบนเมฆและบนหลังคาบ้านมีแนวโน้มที่จะดึงดูดซึ่งกันและกัน หากมีไฟฟ้าจำนวนมากในคลาวด์ ไฟฟ้าจำนวนมากจะเกิดขึ้นในบ้านผ่านอิทธิพล

เช่นเดียวกับน้ำที่ไหลเข้ามาสามารถกัดเซาะเขื่อนและพุ่งเป็นกระแสน้ำ ท่วมหุบเขาด้วยการเคลื่อนที่อย่างไร้ขีดจำกัด ดังนั้น กระแสไฟฟ้าที่สะสมอยู่ในก้อนเมฆมากขึ้นเรื่อยๆ ในที่สุดก็สามารถทะลุผ่านชั้นอากาศที่แยกมันออกจากพื้นผิวโลกและพุ่งทะลุได้ ลงสู่พื้นดินสู่ไฟฟ้าตรงข้าม จะมีการคายประจุอย่างรุนแรง—ประกายไฟฟ้าจะเลื่อนไปมาระหว่างก้อนเมฆกับบ้าน

นี่คือสายฟ้าที่ฟาดเข้าบ้าน การปล่อยสายฟ้าสามารถเกิดขึ้นได้ไม่เฉพาะระหว่างเมฆกับพื้นดินเท่านั้น แต่ยังเกิดขึ้นระหว่างเมฆสองก้อนที่ประจุด้วยไฟฟ้าประเภทต่างๆ

ยิ่งลมแรงมากเท่าไร ก้อนเมฆก็ยิ่งถูกประจุไฟฟ้าเร็วขึ้นเท่านั้น ลมจะใช้งานจำนวนหนึ่งซึ่งจะแยกไฟฟ้าบวกและลบออกจากกัน

สายฟ้าพัฒนาอย่างไร?

บ่อยครั้งที่ฟ้าผ่าลงมาบนพื้นเกิดจากก้อนเมฆที่มีประจุไฟฟ้าเป็นลบ สายฟ้าฟาดจากเมฆดังกล่าวพัฒนาในลักษณะนี้

ประการแรก อิเล็กตรอนจำนวนเล็กน้อยเริ่มไหลจากก้อนเมฆลงสู่พื้นดินในช่องแคบๆ ก่อตัวเป็นกระแสในอากาศ

ในรูป 2 แสดงการเริ่มต้นของการก่อตัวของฟ้าผ่า ในส่วนของเมฆที่ช่องเริ่มก่อตัวสะสมอิเล็กตรอนที่มีความเร็วในการเคลื่อนที่สูงซึ่งชนกับอะตอมของอากาศทำให้แตกออกเป็นนิวเคลียสและอิเล็กตรอน

ข้าว. 2. ฟ้าแลบเริ่มก่อตัวเป็นเมฆ

อิเล็กตรอนที่ปล่อยออกมาในกรณีนี้ก็พุ่งไปที่พื้นและชนกับอะตอมของอากาศอีกครั้งแยกพวกมันออกจากกันมันเหมือนกับหิมะที่ตกลงมาบนภูเขา ในตอนแรกมีก้อนเล็ก ๆ กลิ้งลงมา เติบโตปกคลุมด้วยเกล็ดหิมะติดอยู่ และเมื่อเร่งความเร็วการบินก็กลายเป็นหิมะถล่มครั้งใหญ่

และที่นี่ อิเล็กตรอนถล่มจะจับอากาศปริมาณใหม่ ทำให้อะตอมของมันแตกออกเป็นชิ้นๆ ในกรณีนี้ อากาศจะร้อนขึ้น และเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น ค่าการนำไฟฟ้าก็จะเพิ่มขึ้น เปลี่ยนจากฉนวนเป็นตัวนำ ผ่านช่องนำอากาศที่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้าจากก้อนเมฆ กระแสไฟฟ้าเริ่มระบายออกมากขึ้นเรื่อยๆ ไฟฟ้าพุ่งเข้าหาโลกด้วยความเร็วมหาศาลถึง 100 กิโลเมตรต่อวินาที

ในหนึ่งร้อยวินาที อิเล็กตรอนจะตกลงมาถึงพื้น สิ่งนี้จะจบลงเฉพาะส่วนแรกซึ่งก็คือส่วน "เตรียมการ" ของฟ้าผ่า: สายฟ้าได้ลงมาที่พื้นแล้ว ส่วนที่สองซึ่งเป็นส่วนสำคัญของการพัฒนา Lightning ยังมาไม่ถึง ส่วนที่พิจารณาของการก่อตัวของฟ้าผ่าเรียกว่าตัวนำ คำต่างประเทศนี้แปลว่า "ผู้นำ" ในภาษารัสเซีย ไกด์หลีกทางให้กับสายฟ้าส่วนที่สองที่ทรงพลังกว่า ส่วนนี้เรียกว่าส่วนหลัก ทันทีที่ช่องถึงพื้น กระแสไฟฟ้าจะเริ่มไหลผ่านช่องนั้นรุนแรงและรวดเร็วยิ่งขึ้น

ขณะนี้มีการเชื่อมต่อระหว่างไฟฟ้าลบที่สะสมอยู่ในช่องสัญญาณกับไฟฟ้าบวกที่ตกลงมาที่พื้นพร้อมกับเม็ดฝน และด้วยการกระทำทางไฟฟ้าจะมีการปล่อยไฟฟ้าระหว่างเมฆและพื้นดิน การคายประจุดังกล่าวเป็นกระแสไฟฟ้าที่มีความแรงมหาศาล — ความแรงนี้มากกว่าความแรงของกระแสไฟฟ้าในเครือข่ายไฟฟ้าแบบเดิมมาก

กระแสที่ไหลในช่องเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วและหลังจากถึงจุดสูงสุดแล้วก็เริ่มลดลงเรื่อย ๆช่องฟ้าแลบที่กระแสน้ำไหลแรงเช่นนี้ทำให้ร้อนขึ้นมาก จึงสว่างไสว แต่เวลาของการไหลของกระแสในการปล่อยฟ้าผ่านั้นสั้นมาก การคายประจุจะกินเวลาเพียงเศษเสี้ยววินาทีเล็กน้อย ดังนั้นพลังงานไฟฟ้าที่ผลิตระหว่างการคายประจุจึงค่อนข้างน้อย

ในรูป 3 แสดงการเคลื่อนที่ของสายล่อฟ้าลงสู่พื้นอย่างค่อยเป็นค่อยไป (ตัวเลขสามตัวแรกทางด้านซ้าย)

ข้าว. 3. การพัฒนาสายล่อฟ้าอย่างค่อยเป็นค่อยไป (ตัวเลขสามตัวแรก) และส่วนหลัก (ตัวเลขสามตัวสุดท้าย)

ตัวเลขสามตัวสุดท้ายแสดงช่วงเวลาที่แยกจากกันของการก่อตัวของส่วนที่สอง (หลัก) ของฟ้าผ่า แน่นอนว่าคนที่มองแฟลชจะไม่สามารถแยกแยะเส้นนำของมันออกจากส่วนหลักได้ เนื่องจากพวกมันตามกันเร็วมากบนเส้นทางเดียวกัน

หลังจากเชื่อมต่อไฟฟ้าสองประเภทแล้วกระแสไฟจะหยุดชะงัก โดยปกติแล้วสายฟ้าจะไม่หยุดเพียงแค่นั้น บ่อยครั้งที่ผู้นำคนใหม่รีบวิ่งไปตามเส้นทางที่ถูกโยนครั้งแรกทันทีและข้างหลังเขาในเส้นทางเดียวกันก็เป็นอีกครั้งที่ดวงตาของการโยน เสร็จสิ้นการปลดปล่อยครั้งที่สอง

สามารถมีได้ถึง 50 หมวดหมู่ที่แยกจากกัน แต่ละประเภทประกอบด้วยผู้นำและตัวหลักของตนเอง ส่วนใหญ่มักจะมี 2-3 คน การปรากฏตัวของการปลดปล่อยที่แยกจากกันทำให้ฟ้าผ่าเป็นช่วง ๆ และบ่อยครั้งที่ผู้ที่มองดูฟ้าผ่าจะเห็นว่ามันสั่นไหว นี่คือสิ่งที่ทำให้แฟลชสั่นไหว

เวลาระหว่างการก่อตัวของการปลดปล่อยที่แยกจากกันนั้นสั้นมาก ไม่เกิน 100 วินาที หากจำนวนการคายประจุมีมากระยะเวลาของฟ้าผ่าอาจถึงหนึ่งวินาทีหรือหลายวินาที

เราได้พิจารณาฟ้าผ่าเพียงประเภทเดียวซึ่งพบได้บ่อยที่สุดฟ้าผ่านี้เรียกว่าฟ้าผ่าเชิงเส้นเพราะมองเห็นได้ด้วยตาเปล่าเป็นเส้น—แถบแคบๆ สีขาวสว่าง สีฟ้าอ่อน หรือสีชมพูสดใส

สายฟ้าผ่ามีความยาวหลายร้อยเมตรถึงหลายกิโลเมตร เส้นทางของฟ้าผ่ามักจะคดเคี้ยวไปมา ฟ้าผ่ามักมีหลายกิ่ง ดังที่ได้กล่าวไปแล้ว การปล่อยฟ้าผ่าเชิงเส้นสามารถเกิดขึ้นได้ไม่เฉพาะระหว่างก้อนเมฆกับพื้นเท่านั้น แต่ยังเกิดขึ้นระหว่างก้อนเมฆด้วย

ลูกบอลสายฟ้า

นอกจากแบบเชิงเส้นแล้วยังมีฟ้าผ่าประเภทอื่นน้อยกว่ามาก เราจะพิจารณาหนึ่งในนั้นซึ่งน่าสนใจที่สุด - ลูกบอลสายฟ้า

บางครั้งก็มีการปล่อยสายฟ้าที่เป็นลูกไฟ ยังไม่ได้มีการศึกษาถึงการก่อตัวของสายฟ้าแบบลูกบอล แต่การสังเกตที่มีอยู่ของการปล่อยสายฟ้าที่น่าสนใจนี้ทำให้เราสามารถสรุปได้

บ่อยครั้งที่ลูกบอลสายฟ้ามีรูปร่างเหมือนแตงโมหรือลูกแพร์ มันกินเวลาค่อนข้างนาน — ตั้งแต่เสี้ยววินาทีจนถึงหลายนาที

ระยะเวลาทั่วไปของลูกบอลสายฟ้าคือ 3 ถึง 5 วินาที บ่อยครั้งที่ลูกบอลสายฟ้าปรากฏขึ้นในตอนท้ายของพายุฝนฟ้าคะนองในรูปของลูกบอลเรืองแสงสีแดงที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 10 ถึง 20 เซนติเมตร ในบางกรณีก็มีขนาดใหญ่เช่นกัน ตัวอย่างเช่น มีการถ่ายภาพสายฟ้าที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ 10 เมตร

บางครั้งลูกบอลอาจมีสีขาวจนมองไม่เห็นและมีเส้นขอบที่คมชัดมาก บอลสายฟ้ามักจะส่งเสียงฟู่ เสียงหึ่ง หรือเสียงฟู่

บอลสายฟ้าสามารถจางหายไปอย่างเงียบ ๆ แต่สามารถส่งเสียงแตกเบา ๆ หรือแม้กระทั่งการระเบิดที่ทำให้หูหนวก เมื่อหายไปมักทิ้งกลิ่นฉุน ใกล้พื้นหรือในอาคาร ลูกบอลสายฟ้าเคลื่อนที่ด้วยความเร็วเหมือนคนวิ่ง — ประมาณสองเมตรต่อวินาทีมันสามารถคงอยู่ชั่วขณะและลูกบอลที่ "ตกลง" ดังกล่าวก็ส่งเสียงฟ่อและพ่นประกายไฟจนกว่ามันจะหายไป บางครั้งลูกบอลสายฟ้าดูเหมือนจะขับเคลื่อนโดยลม แต่โดยปกติแล้วการเคลื่อนที่จะไม่ขึ้นกับลม

ลูกบอลสายฟ้าถูกดึงดูดไปยังพื้นที่ปิด ซึ่งพวกมันจะทะลุผ่านหน้าต่างหรือประตูที่เปิดอยู่ และบางครั้งอาจทะลุผ่านรอยแตกเล็กๆ ท่อเป็นวิธีที่ดีสำหรับพวกเขา นั่นเป็นเหตุผลว่าทำไมลูกไฟจึงออกมาจากเตาอบในครัวบ่อยๆ หลังจากเดินไปรอบ ๆ ห้อง ลูกบอลสายฟ้าจะออกจากห้อง และมักจะออกไปตามเส้นทางเดียวกับที่มันเข้ามา

บางครั้งฟ้าแลบจะขึ้นและตกสองหรือสามครั้งในระยะทางไม่กี่เซนติเมตรถึงสองสามเมตร พร้อมกันกับการขึ้นและลงเหล่านี้ บางครั้งลูกไฟจะเคลื่อนที่ในทิศทางแนวนอน จากนั้นสายฟ้าของลูกก็ปรากฏขึ้นเพื่อทำการกระโดด

บ่อยครั้งที่ลูกบอลสายฟ้า "ตกลง" บนสายไฟโดยเลือกจุดที่สูงที่สุดหรือม้วนไปตามสายไฟเช่นตามท่อระบายน้ำ ลูกไฟที่เคลื่อนที่ไปตามร่างกายบางครั้งภายใต้เสื้อผ้าทำให้เกิดแผลไหม้อย่างรุนแรงและอาจถึงแก่ชีวิตได้ มีคำอธิบายหลายกรณีเกี่ยวกับความเสียหายร้ายแรงต่อคนและสัตว์ด้วยฟ้าผ่า ฟ้าผ่าจากความร้อนสามารถสร้างความเสียหายอย่างรุนแรงต่ออาคาร

สายฟ้าฟาดที่ไหน?

เนื่องจากฟ้าผ่าเป็นการปล่อยกระแสไฟฟ้าผ่านความหนาของฉนวน - อากาศ จึงมักเกิดขึ้นโดยที่ชั้นของอากาศระหว่างก้อนเมฆและวัตถุใดๆ บนพื้นผิวโลกจะมีขนาดเล็กลง การสังเกตโดยตรงแสดงให้เห็นว่า: ฟ้าผ่ามีแนวโน้มที่จะกระทบกับหอระฆังสูง เสากระโดง ต้นไม้ และวัตถุสูงอื่นๆ

อย่างไรก็ตาม ฟ้าผ่าไม่เพียงพุ่งไปยังวัตถุที่สูงเท่านั้นจากเสาสองต้นที่อยู่ติดกันซึ่งมีความสูงเท่ากัน เสาหนึ่งทำด้วยไม้และอีกเสาหนึ่งทำด้วยโลหะ และยืนอยู่ไม่ไกลจากกัน สายฟ้าจะพุ่งไปที่เสาที่เป็นโลหะ สิ่งนี้จะเกิดขึ้นได้จากสองสาเหตุ ประการแรก โลหะนำไฟฟ้าได้ดีกว่าไม้แม้ในขณะที่เปียก ประการที่สอง เสาโลหะเชื่อมต่อกับพื้นดินอย่างดี และกระแสไฟฟ้าจากพื้นดินสามารถไหลไปยังเสาได้อย่างอิสระมากขึ้นในระหว่างการพัฒนาผู้นำ

กรณีหลังนี้ใช้กันอย่างแพร่หลายในการป้องกันอาคารต่างๆ จากฟ้าผ่า ยิ่งพื้นที่ผิวของเสาโลหะสัมผัสกับพื้นดินมากเท่าไหร่ กระแสไฟฟ้าจากก้อนเมฆก็จะผ่านลงสู่พื้นได้ง่ายขึ้นเท่านั้น

สิ่งนี้สามารถเปรียบเทียบได้กับการที่ของเหลวไหลผ่านช่องทางลงในขวด หากช่องเปิดในกรวยมีขนาดใหญ่พอ ไอน้ำจะพุ่งตรงเข้าไปในขวด หากช่องเปิดในกรวยมีขนาดเล็ก ของเหลวจะเริ่มล้นออกมาที่ขอบของกรวยและเทลงบนพื้น

สายฟ้าสามารถฟาดลงมาได้แม้บนพื้นผิวที่เรียบของโลก แต่ในขณะเดียวกันก็พุ่งไปที่การนำไฟฟ้าของดินมากกว่า ตัวอย่างเช่น ดินเหนียวเปียกหรือที่ลุ่มถูกฟ้าผ่าเร็วกว่าทรายแห้งหรือดินแห้งที่มีหิน ด้วยเหตุผลเดียวกัน ฟ้าแลบจึงตกที่ริมฝั่งแม่น้ำและลำธาร โดยเลือกไปที่ต้นไม้สูงแต่แห้งซึ่งตั้งตระหง่านอยู่ใกล้ๆ

ลักษณะเฉพาะของฟ้าผ่า - เพื่อพุ่งไปยังวัตถุที่มีสายดินดีและนำไฟฟ้าได้ดี - ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในการติดตั้งอุปกรณ์ป้องกันต่างๆ