2015-06-26
2262
Не только во время грозы в атмосфере существует электричество. Оно, вообще, присуще атмосфере и характеризует ее состояние. В начале XIX века экспериментально было обнаружено, что идеально изолированный от Земли заряженный проводник постепенно теряет свой заряд. Был установлен и закон потери заряда во времени. Позже это явление было объяснено. Оказывается, в окружающем нас воздухе есть зарядоносители — заряженные ионы. Они-то и являются причиной того, что идеально изолированный от Земли заряженный проводник теряет свой заряд.
Зарядоносителями - ионами могут быть заряженные остатки атомов и молекул, которые делятся на легкие, средние и тяжелые ионы. Это микрочастицы водяного тумана, дождевые капли, мелкодисперсная пыль, микроорганизмы. В окружающей человека среде зарядоносители непрерывно передвигаются по всем направлениям. Наблюдение, проведенные у земной поверхности с помощью вольтметра с большим внутренним сопротивлением, показали, что градиент потенциала находится в пределах 120-150 В/м.
В результате экспериментальных наблюдений была установлена плотность электрических зарядов на поверхности Земли, равная 7•105 элементарных зарядов. Зная площадь поверхности Земли, несложно определить общий заряд Земли — он равен 5•107 Кл. Количество электричества на поверхности Земли непрерывно меняется. Электрические заряды перемещаются с поверхности Земли в верхние слои атмосферы и наоборот — из верхних слоев атмосферы стремятся к ее поверхности. Если перемещение электрических зарядов оценить значением тока, то этот ток составит в среднем 1500 А. Электрический ток, равный 1500 А, постоянно циркулирует между верхними слоями атмосферы и поверхностью нашей планеты. Поверхность Земли обладает отрицательным зарядом.
Токи проводимости, создаваемые ионами разной природы и разного знака, в целом движутся к Земле, неся положительный заряд. То же можно сказать и о макрозаряженных частицах, выпадающих в виде осадков — дождя, снега.
Поверхность Земли неоднородна. Резко выраженную ее неоднородность создает человек, строя различные здания, заводские трубы и т.д. Во время грозы, а иногда и задолго до ее развития, когда напряженность электрического поля в атмосфере становится особенно большой (при бурях, снежных метелях, сильных ветрах), и происходят большие перемещения воздушных масс, можно видеть светящиеся заряды, возникающие на остриях, острых углах и иных предметах, возвышающихся над Землей. Эти разряды известны под названием огней Эльма. Чаще всего светящиеся разряды возникают в горах на острых выступах скал, вершинах деревьев, верхушках опор линий электропередачи. В низменных местах они замечены на молниеотводах, выступах зданий, мачтах кораблей, антеннах. В исключительных случаях светящиеся разряды наблюдаются и на животных, и на вытянутой руке человека. Их появление сопровождается потрескиванием продолжительностью от нескольких секунд до часов.
Подобные явления представляют собой различные формы коронного разряда, который образуется около светящегося предмета в виде своеобразной короны. Возникновение их обусловлено резким увеличением напряженности электрического поля, в 1000 раз превышающим средние значения 120-1250 В/м. Высокая напряженность поля уже при нормальном давлении вызывает ионизацию, сопровождающуюся появлением электронов. Электроны появляются вследствие вторичной ионизации, вызываемой ионами, находящимися в воздухе вблизи острия и разгоняемыми электрическим полем.
Итак, острия являются основными точками отрицательного заряда поверхности Земли. То, что разряды молний несут на Землю обильный отрицательный заряд, тоже можно объяснить. В ионизированном "стволе" молнии более легкие зарядоносители (электроны), естественно, находятся впереди.
Из атмосферного электричества наиболее опасным для человека являются разряды молний. Для защиты людей и строений от попадания молнии создают молниеотводы. Их устанавливают на самой верхней точке строения. Это делать необязательно в том случае, если вблизи находится другое строение, которое значительно выше и имеет свой молниеотвод.
Поскольку разряды молнии стремятся достигнуть Земли по пути наименьшего сопротивления, то попадают в самую верхнюю точку, имеющую контакт с Землей. Поэтому заземленный молниеотвод, находящийся выше защищаемых объектов, принимает весь удар на себя, предотвращая, таким образом строения и людей от поражения молнией.
Комплекс средств молниезащиты зданий или сооружений включает в себя устройства защиты от прямых ударов молнии и устройства защиты от вторичных воздействий молнии. В частных случаях молниезащита может содержать только внешние или только внутренние устройства. В общем случае часть токов молнии протекает по элементам внутренней молниезащиты.
Внешняя молниезащита может быть изолирована от сооружения (отдельно стоящие молниеотводы - стержневые или тросовые, а также соседние сооружения, выполняющие функции естественных молниеотводов) или может быть установлена на защищаемом сооружении и даже быть его частью.
Внутренние устройства молниезащиты предназначены для ограничения электромагнитных воздействий тока молнии и предотвращения искрений внутри защищаемого объекта. Токи молнии, попадающие в молниеприемники, отводятся в заземлитель через систему токоотводов (спусков) и растекаются в земле.
