«Средняя общеобразовательная школа №4 г. Брянска с углубленным изучением отдельных предметов»




Скачать 172.52 Kb.
Название«Средняя общеобразовательная школа №4 г. Брянска с углубленным изучением отдельных предметов»
Дата31.08.2012
Размер172.52 Kb.
ТипИсследование


Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение

«Средняя общеобразовательная школа № 4 г. Брянска

с углубленным изучением отдельных предметов»


Городская научно – практическая конференция

«Первые шаги в науку»


Грозовые явления

(статья по физике)


Выполнил:

ученик 8б класса

Нахабин Дмитрий

Руководитель

учитель физики

Рогочая Елена Александровна


Брянск, 2012


прямоугольник 245Содержание:


Введение 3

Гроза – как природное явление 4

География гроз 4

Стадии развития грозового облака 5

Движение гроз 6

Электрическая структура грозового облака 7

Параметры молнии 8

Воздействие токов молнии 10

Заключение 13

Список используемой литературы 14


ВВЕДЕНИЕ 



Исследование гроз связано, прежде всего, с обеспечением безопасности жизнедеятельности человека. С развитием человеческой цивилизации и технической оснащенности жизни человека, явления природы несут угрозу и для человека и для его искусственной среды. В том числе, это относится и к грозам. В первую очередь, грозы угрожают линиям электропередач. 
Также известны поражения ударом молнии летательных аппаратов, что, в лучшем случае, приводило к выходу из строя системы навигации. Были зафиксированы случаи потери спутников во время их запуска. 


Актуальность работы: 


Грозы относятся к опасным природным явлениям с широким воздействием на деятельность человека и наносят значительный материальный ущерб различным отраслям хозяйства. Особенную опасность представляют 
грозы для энергосистем и различных коммуникаций. Для отключений, отнесенных к грозовым, с помощью сети SUNYA обнаружены разряды в землю в пределах 16 км от линии и в пределах ± 1 мин от времени отключения. Такие разряды были зарегистрированы также для отключений по неизвестным причинам. Поэтому изучение грозовой деятельности является важным для обеспечения грозозащиты различных объектов и в первую очередь энергосистем. 





Гроза атмосферное явление, при котором внутри облаков или между облаком и земной поверхностью возникают электрические разряды — молнии, сопровождаемые громом. Как правило, гроза образуется в мощных кучево-дождевых облаках и связана с ливневым дождём, градом и шквальным усилением ветра.

Гроза относится к одним из самых опасных для человека природных явлений, по количеству зарегистрированных смертных случаев только наводнения приводят к большим людским потерям.




География гроз



Распределение грозовых разрядов по поверхности Земли.


Одновременно на Земле действует около полутора тысяч гроз, средняя интенсивность разрядов оценивается как 46 молний в секунду. По поверхности планеты грозы распределяются неравномерно. Над океаном гроз наблюдается приблизительно в десять раз меньше, чем над континентами. В тропической и субтропической зоне (от 30° северной широты до 30° южной широты) сосредоточено около 78 % всех молниевых разрядов. Максимум грозовой активности приходится на Центральную Африку. В полярных районах Арктики и Антарктики и над полюсами гроз практически не бывает. Интенсивность гроз следует за солнцем: максимум гроз приходится на лето (в средних широтах) и дневные послеполуденные часы. Минимум зарегистрированных гроз приходится на время перед восходом солнца. На грозы влияют также географические особенности местности: сильные грозовые центры находятся в горных районах Гималаев и Кордильер.

Стадии развития грозового облака



Стадии развития грозового облака.

Необходимыми условиями для возникновения грозового облака является наличие условий для развития конвекции или иного механизма, создающего восходящие потоки, запаса влаги, достаточного для образования осадков, и наличия структуры, в которой часть облачных частиц находится в жидком состоянии, а часть — в ледяном. Конвекция, приводящая к развитию гроз, возникает в следующих случаях:

  • при неравномерном нагревании приземного слоя воздуха над различной подстилающей поверхностью. Например, над водной поверхностью и сушей из-за различий в температуре воды и почвы. Над крупными городами интенсивность конвекции значительно выше, чем в окрестностях города.

  • при подъёме или вытеснении тёплого воздуха холодным на атмосферных фронтах. Атмосферная конвекция на атмосферных фронтах значительно интенсивнее и чаще, чем при внутримассовой конвекции. Часто фронтальная конвекция развивается одновременно со слоисто-дождевыми облаками и обложными осадками, что маскирует образующиеся кучево-дождевые облака.

  • при подъёме воздуха в районах горных массивов. Даже небольшие возвышенности на местности приводят к усилению образования облаков (за счёт вынужденной конвекции). Высокие горы создают особенно сложные условия для развития конвекции и почти всегда увеличивают ее повторяемость и интенсивность.

Все грозовые облака, независимо от их типа, последовательно проходят стадии кучевого облака, стадию зрелого грозового облака и стадию распада.

Движение гроз

Скорость и движение грозового облака зависит от направления земли, прежде всего, взаимодействием восходящего и нисходящего потоков облака с несущими воздушными потоками в средних слоях атмосферы, в которых развивается гроза. Скорость перемещения изолированной грозы обычно порядка 20 км/час, но некоторые грозы двигаются гораздо быстрее. В экстремальных ситуациях грозовое облако может двигаться со скоростями 65 — 80 км/час — во время прохождения активных холодных фронтов. В большинстве гроз по мере рассеивания старых грозовых ячеек последовательно возникают новые грозовые ячейки.

При слабом ветре отдельная ячейка за время своей жизни может пройти совсем небольшой путь, меньше двух километров; однако в более крупных грозах новые ячейки запускаются нисходящим потоком, вытекающим из зрелой ячейки, что создаёт впечатление быстрого движения, не всегда совпадающего с направлением ветра. В больших многоячейковых грозах существует закономерность, когда новая ячейка формируется справа по направлению несущего воздушного потока в северном полушарии и слева от направления несущего потока в Южном полушарии.

Электрическая структура грозового облака





Структура зарядов в грозовых облаках в различных регионах.

Распределение и движение электрических зарядов внутри и вокруг грозового облака является сложным непрерывно меняющимся процессом. Тем не менее, можно представить обобщённую картину распределения электрических зарядов на стадии зрелости облака. Доминирует положительная дипольная структура, в которой положительный заряд находится в верхней части облака, а отрицательный заряд находится под ним внутри облака. В основании облака и под ним наблюдается нижний положительный заряд.

Атмосферные ионы, двигаясь под действием электрического поля, формируют на границах облака экранирующие слои, маскирующие электрическую структуру облака от внешнего наблюдателя. Измерения показывают, что в различных географических условиях основной отрицательный заряд грозового облака расположен на высотах с температурой окружающего воздуха от −5 до −17 °C.

Чем больше скорость восходящего потока в облаке, тем на большей высоте находится центр отрицательного заряда. Плотность объёмного заряда лежит в диапазоне 1-10 Кл/км. Существует заметная доля гроз с инверсной структурой зарядов: — отрицательным зарядом в верхней части облака и положительным зарядом во внутренней части облака, а также со сложной структурой с четырьмя и более зонами объёмных зарядов разной полярности.


Параметры молнии.

Основными параметрами, характеризующими ток молнии, являются максимальное значение импульса тока, крутизна фронта тока молнии, длительность фронта импульса и длительность полного импульса, которая равна времени уменьшения тока до половины максимального значения. Длительность импульса тока молнии в основном определяется временем распространения обратного разряда от земли до облака и составляет от 20 до 80—100 мкс. Наиболее часто встречающиеся в разрядах молнии длительности фронта импульса тока составляют 1,5—10 мкс. Средняя длительность импульса тока молнии близка к 50 мкс, что и определило выбор стандартного полного грозового импульса напряжения, применяемого для испытания электрической прочности изоляции оборудования, который возникает на изоляции при ударе молнии и который она должна выдерживать без повреждения.




Рис. 1. Форма стандартного грозового импульса напряжения

Для проведения испытаний изоляции грозовыми импульсами напряжения в одинаковых условиях по международным нормам и ГОСТ 1516.2-76 принят стандартный грозовой импульс напряжения, показанный на рис. 1, у которого для удобства обработки лабораторных осциллограмм действительный фронт заменяется эквивалентным косоугольным.

Для этого на фронте импульса на уровне 0,3 и 0,9 Umax отмечаются точки, через которые проводится прямая линия. Пересечение этой прямой с осью абсцисс и с горизонтальной прямой, проведенной на уровне Umаx, определяет длительность фронта импульса τф. Длительность импульса τи определяется, как показано на рис. 1.

Условно параметры стандартного полного грозового импульса напряжения обозначаются 1,2/50, это значит, что фронт импульса τф=1,2 мкс, а длительность импульса τи= = 50 мкс. Скорость нарастания тока на фронте импульса называется крутизной фронта и измеряется числом ампер в одну микросекунду.

В горных местностях амплитудные значения токов молнии снижаются примерно в 2 раза по сравнению с амплитудными значениями в равнинных местностях. Это объясняется уменьшением расстояния от земли до облаков. При меньших расстояниях молнии возникают при меньших скоплениях зарядов на облаках, что ведет к снижению амплитудных значений токов молнии. Следует иметь в виду, что грозовые разряды, имеющие токи большого значения, возникают очень редко: токи 100 кА и более составляют всего 2 % общего количества грозовых разрядов, а токи 150 кА и более — 0,5 %.

Вероятностное распределение амплитудных значений токов молнии показано на рис. 2, из которого видно, что 40 % всех разрядов имеют токи с амплитудными значениями меньше 20 кА.



Рис. 2. Кривая вероятностного распределения (в процентах) токов молнии

Воздействие токов молнии.

Токи молнии при прохождении через пораженные объекты оказывают на них электромагнитные, тепловые и механические воздействия. Проходя по проводникам, они выделяют количество тепла, которое способно расплавить проводник небольших сечений (телеграфные провода, плавкие предохранители). Ток молнии /м, кА, вызывающий нагревание проводника до температуры плавления или испарения, можно определить по формуле

где k — коэффициент, значение которого составляет для меди 300—330, для алюминия 200—230, для железа 115— 438; q — сечение проводника, мм2; tи — длительность импульса тока, мкс.

Минимальное сечение проводника (токоотвода), обеспечивающее его целостность при прохождении тока молнии, обычно принимается равным 28 мм2. Стальной проводник с таким сечением всего за десятки микросекунд нагревается до нескольких сотен градусов при наибольших значениях тока молнии, но не расправляется. При соприкосновении канала молнии с металлом он может выплавляться на глубину 3—4 мм. Наблюдающиеся в эксплуатации случаи обрывов отдельных проволок у грозозащитных тросов на линиях электропередачи могут происходить от пережога их молнией в месте соприкосновения ее канала с тросом. Поэтому стальные молниеприемники, которые должны противостоять термическим воздействиям канала молнии, имеют большие, чем у токоотводов, сечения: 35 мм2 у грозозащитных тросов и не менее 100 мм2 у стержневых молниеотводов. При соприкосновении канала молнии с деревом, соломой, газообразной или жидкой горючей средой они могут воспламеняться и вызывать пожары.

Механические воздействия тока молнии проявляются в расщеплениях деревьев, в разрушении каменных и кирпичных строений и пр. Расщепление деревянных опор линий электропередачи происходит вследствие того, что ток молнии, проходя по волокнам древесины, вызывает в ней интенсивное паро- и газовыделение, которое создает высокое давление внутри древесины и разрывает ее.

При дожде расщепление древесины слабее, а без дождя сильнее. Это объясняется тем, что смоченная поверхность древесины имеет большую проводимость и ток молнии проходит преимущественно по поверхности и меньше повреждает древесину. При прохождении через щели и узкие отверстия токи молнии также создают значительные разрушающие усилия. Примером этого могут служить случаи разрушения молнией трубчатых разрядников на линиях электропередачи. После прохождения токов молнии в диэлектриках (каменные, кирпичные постройки) между остающимися зарядами возникают электростатические силы, имеющие ударный характер, которые приведут к разрушению каменных и кирпичных построек. В стадии главного разряда ток молнии посредством возникшего электромагнитного поля индуцирует напряжение на проводах и проводящих конструкциях электроустановок вблизи места удара, а, проходя через заземленные объекты, создает падения напряжения, которые достигают сотен и даже тысяч киловольт. Грозовые разряды происходят как между облаком и землей, так и между облаками. Разряды, происходящие между облаками, не представляют опасности для электроустановок. Разряды, поражающие землю, опасны для людей, животных, а также наземных сооружений.


Заключение

Интенсивность грозовой деятельности в различных местах нашей планеты сильно различается. Наиболее слабая грозовая деятельность в северных районах нашей страны и постепенно увеличивается к югу.

Интенсивность грозовой деятельности в настоящее время характеризуется количеством дней с грозами в году. Средняя продолжительность гроз за один грозовой день для территории Советского Союза составляет 1,5—2 ч.

Интенсивность грозовой деятельности для любого района Советского Союза определяется по картам грозовой деятельности, составленным на основании многолетних наблюдений метеорологических станций (рис. 3).



Рис. 3 . Карта грозовой деятельности на территории Советского Союза (среднегодовая продолжительность гроз в часах). Считается, что в районах с 30 грозовыми часами в год на 1 км2 земной поверхности в среднем происходит в два года один удар молнии. В земную поверхность ежесекундно происходит приблизительно 100 ударов молнии.

Список используемой литературы

1. Имянитов И.М. Электризация самолетов в облаках и осадках.-Л. .Тидрометеоиздат, 1971,211 с.

2. Fitgerald D.R. Probable aircraft trigerring of lightning certain thunderstorms.- Monthly Weather Rev., 1967, vol. 95,№12, p. 835-842.

3. Greedon J. The last 1000 feet.- Airospace Safety, 1966, vol. 22, №33,p.6-7.

4. Gobb W.E., Holitza F.J. A note on lightning strikes to aircraft. Monthly Weather Rev., 1968, vol. 96, №11, p. 807-808.

5. Brook M., Holmes C.R., Moore C.B. Lightning and rockets: some implications of the Apolo 12 lightning events.- Nav. Res., 1970, vol. 23,4,p. 177.

6. Камалдина И.И. Поражение самолетов в не грозовых зонах// Тр. ГГО, 1974, вып. 301, с. 134-141.

7. Имянитов И.М., Павлова Т.П., Пономарев Ю.Ф., Чубарина Е.В. Анализ условий поражения самолета атмосферно-электрическим разрядом вне кучево- дождевого облака// Тр. ГГО, 1980, вып. 424, с.3-15.

8. Имянитов И.М., Никандров В.Я. О возможности воздействия на электрические процессы в облаках,- В сб.: Исследования по физике облаков и активным воздействиям на погоду.- М.: Тидрометеоиздат, 1967.

9. Гайворонский И.И. и др. Искусственное воздействие на облака с целью уменьшения их грозовой активности.- Тр. Международнойконференции по активным воздействиям на метеорологические процессы, Женева, 1975, с.267-274.

10. Kaasemir H.W., Weickmann Н.К. Modification of the electric field thunderstorms.- Jn. Proc. Intern. Conf. Cloud. Phys., Tokio, 1965, p.519-523.

11. Weickmann H.K. The program on weather modification of the ESSA.-Augmentation of continuous rain and lightning suppression.- Jdojaras, 1968, vol. 72,4, p. 219-112.

12. Красногорская H.B. Атмосферно-электрические исследования в связи с проблемой искусственного воздействия на облака и туманы.-Исследования по физике облаков и активным воздействиям на погоду., М.: Гидрометеоиздат, 1967, с.41-49.

13. Имянитов И.М., Чуваев А.П. Результаты исследования электрических процессов в грозовых облаках.- Исследования облаков, осадков и грозового электричества. JI.: Гидрометеоиздат, 1957, с.13-16.

14. Зимин Б.И. Регулирование развития грозовой активности конвективных облаков при воздействиильдообразующими реагентами.- Тр. ЦАО, 1978, вып. 136.

15. Качурин Л.Г. Физические основы воздействия на атмосферные процессы. -Л,- Гидрометеоиздат, 1978, с.455.

16. Никандров В.Н., Шишкин Н.С. Опыт исследований по проблеме «Предотвращение грозы»,- Труды ГГО, 1977, вып. 389, с.3-8.


Похожие:

«Средняя общеобразовательная школа №4 г. Брянска с углубленным изучением отдельных предметов» icon«Средняя общеобразовательная школа №90 с углубленным изучением отдельных предметов»
Льной школы продленного дня с углубленным изучением предметов гуманитарно-эстетического цикла. Сначала в школе обучались дети с 5...
«Средняя общеобразовательная школа №4 г. Брянска с углубленным изучением отдельных предметов» iconПрограмма развития муниципального общеобразовательного учреждения «Средняя общеобразовательная школа №9 с углубленным изучением отдельных предметов»
...
«Средняя общеобразовательная школа №4 г. Брянска с углубленным изучением отдельных предметов» iconДоклад муниципального общеобразовательного учреждения «средняя общеобразовательная школа с углубленным изучением отдельных предметов №32» (за 2011/2012 учебный год)
«средняя общеобразовательная школа с углубленным изучением отдельных предметов №32»
«Средняя общеобразовательная школа №4 г. Брянска с углубленным изучением отдельных предметов» iconПеречень учебников муниципального автономного общеобразовательного учреждения «Средняя общеобразовательная школа №40 с углубленным изучением отдельных предметов»
«Средняя общеобразовательная школа №40 с углубленным изучением отдельных предметов» муниципального образования города Чебоксары –...
«Средняя общеобразовательная школа №4 г. Брянска с углубленным изучением отдельных предметов» iconПубличный доклад моу «Средняя общеобразовательная школа №13 с углубленным изучением отдельных предметов»
«Средняя общеобразовательная школа №13 с углубленным изучением отдельных предметов» г. Губкина Белгородской области
«Средняя общеобразовательная школа №4 г. Брянска с углубленным изучением отдельных предметов» iconДоклад директора моу сош с углубленным изучением отдельных предметов №68
Муниципальное общеобразовательное учреждение средняя общеобразовательная школа с углубленным изучением отдельных предметов №68
«Средняя общеобразовательная школа №4 г. Брянска с углубленным изучением отдельных предметов» iconПубличный отчет о реализации инновационных программ Муниципальное общеобразовательное учреждение «Арская средняя общеобразовательная школа №1 им. В. Ф. Ежкова с углубленным изучением отдельных предметов»
«Арская средняя общеобразовательная школа №1 имени В. Ф. Ежкова с углубленным изучением отдельных предметов»
«Средняя общеобразовательная школа №4 г. Брянска с углубленным изучением отдельных предметов» iconПубличный доклад директора моу "Средняя общеобразовательная школа №9 с углубленным изучением отдельных предметов" г о. Нальчик Коротких О. А. по итогам 2010-2011 учебного года
Моу "Средняя общеобразовательная школа №9 с углубленным изучением отдельных предметов" г о. Нальчик
«Средняя общеобразовательная школа №4 г. Брянска с углубленным изучением отдельных предметов» iconПрограмма внеурочной деятельности Пояснительная записка Образовательная программа начального общего образования моу «Средняя общеобразовательная школа с углубленным изучением отдельных предметов №7»
Моу средняя общеобразовательная школа с углубленным изучением отдельных предметов №7
«Средняя общеобразовательная школа №4 г. Брянска с углубленным изучением отдельных предметов» iconДоклад мкоу «Лодейнопольская средняя общеобразовательная школа №2 с углубленным изучением отдельных предметов»
Цель деятельности мкоу «Лодейнопольская средняя общеобразовательная школа №2 с углубленным изучением отдельных предметов» в 2011/2012...
Разместите кнопку на своём сайте:
Библиотека


База данных защищена авторским правом ©lib.znate.ru 2014
обратиться к администрации
Библиотека
Главная страница