Опыт, страница 319 - гдз по физике 10 класс учебник Кабардин, Орлов

Вспомните, что происходит в атмосфере при разряде молнии. Опишите подробно оптические и звуковые явления, запахи, их последовательность. Объясните происхождение каждого из них.

При разряде молнии в атмосфере происходит целый комплекс явлений, которые мы воспринимаем как грозу.

Оптические явления

Основное оптическое явление — это яркая вспышка света, сама молния. Молния представляет собой мощный электрический разряд, протекающий между грозовыми облаками или между облаком и земной поверхностью. Ток в канале разряда достигает десятков и сотен тысяч ампер, что приводит к мгновенному нагреву воздуха до температуры около $30 \ 000 \ ^{\circ}\text{C}$. Это значительно выше температуры поверхности Солнца. При такой температуре воздух превращается в плазму и начинает интенсивно светиться. Это свечение, охватывающее широкий спектр от ультрафиолетового до инфракрасного, мы и наблюдаем как ослепительную вспышку.

Ответ: Оптическое явление — это вспышка молнии, которая возникает из-за интенсивного свечения воздуха, разогретого до состояния плазмы гигантским электрическим разрядом.

Звуковые явления

Звуковое явление, сопровождающее молнию, — это гром. Резкий и сверхбыстрый нагрев воздуха в канале молнии вызывает его взрывное расширение. Это создает ударную волну, которая распространяется от канала молнии во все стороны. На некотором расстоянии от молнии ударная волна ослабевает и переходит в обычную звуковую волну, которую наш слух воспринимает как гром. Гром может звучать как резкий треск (если молния близко) или как длительные раскаты. Раскатистость грома объясняется тем, что молния имеет большую протяженность (иногда несколько километров), и звук от ее разных участков доходит до наблюдателя в разное время. Также на раскатистость влияет многократное отражение звука от облаков и от поверхности земли.

Ответ: Звуковое явление — это гром, представляющий собой звуковую волну, порожденную взрывным расширением воздуха, мгновенно нагретого разрядом молнии.

Запахи

После (а иногда и во время) грозы в воздухе можно почувствовать характерный резкий запах свежести. Это запах озона. Огромная энергия, выделяемая при разряде молнии, разрывает двухатомные молекулы кислорода ($O_2$), из которых состоит воздух. Образовавшиеся свободные атомы кислорода ($\text{O}$) очень активны и немедленно реагируют с другими молекулами кислорода, образуя трехатомные молекулы озона ($O_3$). Этот процесс можно описать суммарной реакцией: $3O_2 \xrightarrow{\text{энергия молнии}} 2O_3$. Озон и является источником этого специфического запаха.

Ответ: Характерный запах во время грозы — это запах озона ($O_3$), который образуется из атмосферного кислорода ($O_2$) под действием высокой энергии электрического разряда молнии.

Последовательность явлений

Последовательность, в которой мы наблюдаем явления, связана с разной скоростью распространения света, звука и запаха.

1. Вспышка молнии. Мы видим ее практически мгновенно, так как скорость света огромна (около $300 \ 000 \ \text{км/с}$).

2. Гром. Звук распространяется в воздухе намного медленнее, со скоростью примерно $340 \ \text{м/с}$. Поэтому мы слышим гром с задержкой после вспышки. Эта задержка прямо пропорциональна расстоянию до молнии. Например, если между вспышкой и громом прошло 3 секунды, значит молния ударила на расстоянии примерно $3 \ \text{с} \times 340 \ \text{м/с} \approx 1 \ \text{км}$.

3. Запах озона. Молекулы озона распространяются вместе с воздушными массами, то есть со скоростью ветра. Поэтому время, через которое можно почувствовать запах, зависит от расстояния до молнии и направления и силы ветра. Обычно он ощущается, когда грозовой фронт проходит непосредственно над наблюдателем или рядом с ним.

Ответ: Сначала наблюдатель видит вспышку молнии (из-за огромной скорости света), затем, с задержкой, слышит гром (из-за гораздо меньшей скорости звука), и позднее может почувствовать запах озона, принесенный ветром.