Номер 1, страница 259 - гдз по физике 10 класс учебник Кабардин, Орлов

1. Механизм образования разряда молнии.

1. Механизм образования разряда молнии.

Молния — это гигантский электрический разряд в атмосфере, который происходит из-за разделения электрических зарядов внутри грозовых облаков или между облаком и земной поверхностью. Механизм ее образования можно разделить на несколько ключевых этапов.

1. Электризация облаков. Грозовые облака (кучево-дождевые) характеризуются мощными восходящими и нисходящими потоками воздуха. Внутри облака находятся капли воды и кристаллы льда. В результате их движения, столкновений и трения друг о друга происходит разделение зарядов. Более крупные и тяжелые частицы (ледяная и водяная крупа) заряжаются преимущественно отрицательно и под действием силы тяжести опускаются в нижнюю часть облака. Более легкие мелкие кристаллы льда заряжаются положительно и восходящими потоками воздуха уносятся в верхнюю часть облака. В результате облако превращается в гигантский электрический диполь: его верхняя часть имеет положительный заряд, а нижняя — отрицательный.

2. Индукция заряда на поверхности Земли. Мощный отрицательный заряд, скопившийся в нижней части облака, отталкивает отрицательные заряды (электроны) на поверхности Земли под облаком. В результате этого процесса, называемого электростатической индукцией, на поверхности Земли и на объектах (деревьях, зданиях) под облаком накапливается избыточный положительный заряд.

3. Пробой диэлектрической прочности воздуха. Между отрицательно заряженной нижней частью облака и положительно заряженной поверхностью Земли (или между разными частями облака) возникает огромная разность потенциалов, достигающая сотен миллионов вольт. Это создает очень сильное электрическое поле. Воздух в обычных условиях является диэлектриком (изолятором), но при достижении напряженности электрического поля критического значения (около $3 \times 10^6$ В/м) происходит его электрический пробой. Молекулы воздуха ионизируются, и воздух превращается в проводящую плазму.

4. Формирование лидера. Процесс разряда начинается с образования так называемого ступенчатого лидера. Это канал ионизированного воздуха, который зарождается в облаке и движется к Земле прерывистыми «шагами» длиной около 50 метров. Он несет отрицательный заряд из облака. Двигаясь вниз, лидер создает разветвленный, слабо светящийся канал.

5. Формирование встречного стримера. По мере приближения ступенчатого лидера к Земле, электрическое поле у ее поверхности усиливается настолько, что с высоких объектов (деревьев, зданий, мачт) навстречу лидеру устремляются потоки положительных ионов — встречные стримеры (или встречные лидеры).

6. Главный разряд (возвратный удар). Когда один из встречных стримеров соединяется с нисходящим ступенчатым лидером, образуется сплошной ионизированный канал между облаком и Землей. По этому каналу снизу вверх устремляется мощный поток заряда — главный (или возвратный) разряд. Сила тока в этом разряде достигает десятков и сотен тысяч ампер, а температура в канале мгновенно повышается до 30 000 °C. Именно этот главный разряд мы и видим как яркую вспышку молнии.

7. Повторные разряды. После первого главного разряда по уже существующему каналу могут пройти несколько повторных разрядов. Они начинаются с быстрого стреловидного лидера, который движется от облака к земле без пауз, после чего следует новый возвратный удар. Это создает эффект мерцания молнии.

Сопутствующим явлением молнии является гром. Резкое и сильное нагревание воздуха в канале разряда вызывает его взрывное расширение, что порождает ударную волну, которую мы воспринимаем как раскаты грома.

Ответ:

Механизм образования молнии включает следующие этапы: 1) электризация облака за счет разделения зарядов при движении и столкновении частиц воды и льда; 2) наведение (индукция) противоположного по знаку заряда на поверхности Земли; 3) ионизация воздуха (электрический пробой) из-за огромной разности потенциалов между облаком и Землей; 4) формирование ступенчатого лидера — канала ионизированного воздуха от облака к Земле; 5) возникновение встречного стримера с поверхности Земли; 6) соединение лидера и стримера и возникновение главного (возвратного) разряда — мощного тока, который вызывает яркую вспышку; 7) возможные повторные разряды по тому же каналу.