Первые исследования по изучению природы молнии франклин ломоносов рихман реферат
Обновлено: 05.07.2024
Функция "чтения" служит для ознакомления с работой. Разметка, таблицы и картинки документа могут отображаться неверно или не в полном объёме!
Введение 32. Исторические воззрения на молнии 41.Молнии 6Загадка шаровой молнии 143. Разряды 284. Молниезащита 36Заключение 40Список использованной литературы 42 Введение
Выбор темы моего реферата обусловлен не только личным интересом, но и актуальностью. Природа молнии таит немало загадок. При описании этого редкостного феномена ученые вынуждены полагаться лишь на разрозненные свидетельства очевидцев. Эти скупые рассказы, да горстка фотографий - вот все, чем располагает наука. Как заявил один из ученых, мы знаем о молнии не больше, чем древние египтяне ведали о природе звезд.
Молния представляет большой интерес не только как своеобразное явление природы. Она дает возможность наблюдать электрический разряд в газовой среде при напряжении в несколько сотен миллионов вольт и расстоянии между электродами в несколько километров. Целью данного реферата является рассмотрение причин возникновения молнии, изучение различных видов электрических зарядов. Также в реферате рассмотрен вопрос молниезащиты. Люди давным-давно поняли, какой вред может принести удар молнии, и придумали от нее защиту.
Молнии издавна интересуют ученых, но и в наше время об их природе мы знаем лишь немного больше, чем 250 лет тому назад, хотя смогли их обнаружить даже на других планетах.
2. Исторические воззрения на молнии
Молния и гром первоначально воспринимались людьми как выражение воли богов и, в частности, как проявление божьего гнева. Вместе с тем пытливый человеческий ум с давних времен пытался постичь природу молний и грома, понять их естественные причины. В древние века над этим размышлял Аристотель. Над природой молний задумывался Лукреций. Весьма наивно представляются его попытки объяснить гром как следствие того, что "тучи сшибаются там под натиском ветров".
Многие столетия, включая и средние века, считалось, что молния - это огненный пар, зажатый в водяных парах туч. Расширяясь, он прорывает их в наиболее слабом месте и быстро устремляется в низ, к поверхности земли.
В 1752 г Бенджамин Франклин (рис. 1) экспериментально доказал, что молния - это сильный электрический разряд. Ученый выполнил знаменитый опыт с воздушным змеем, который был запущен в воздух при приближении грозы.
Опыт: На крестовине змея была укреплена заостренная проволочка, к концу веревки привязаны ключ и шелковая лента, которую он удерживал рукой. Как только грозовая туча оказалась над змеем, заостренная проволока стала извлекать из нее электрический заряд, и змей вместе с бечевой наэлектризуется. После того, как дождь смочит змея вместе с бечевкой, сделав их тем самым свободными проводить электрический заряд, можно наблюдать как электрический заряд будет "стекать" при приближении пальца.
Одновременно с Франклином исследованием электрической природы молнии занимались М.В. Ломоносов и Г.В. Рихман.
Благодаря их исследованиям в середине 18 века была доказана электрическая природа молнии. С этого времени стало ясно, что молния представляет собой мощный электрический разряд, возникающий при достаточно сильной электризации туч.
Изначально изучение электричества было ограничено лишь наблюдениями за ним. Однако прогресс двигает науку и переход от наблюдений к исследованиям закономерностей происходящих процессов, а также к разработке полноценной электрической теории лишь ждал своего часа. Существенный вклад в развитие этого научного направления был сделан академиками из города Санкт-Петербурга Михаилом Васильевичем Ломоносовым (1711-1765 гг.) и его коллегой Георгом Вильгельмом Рихманом (1711-1753 гг.).
Ломоносов – первый российский ученый-энциклопедист, серьезно занимавшийся химией, физикой, астрономией, географией, геологией, филологией, поэт, художник, историк, изобретатель. Широта интереса и глубину познания природы вещей можно сравнить с Леонардо да Винчи.
- создатель первой русской грамматики и первого пособия по риторике, вводит систему правил для стихов в русской поэзии;
- Ломоносов вводит много научных терминов в русский язык, многие из которых мы используем и поныне: атмосфера, микроскоп, минус, полюс, нитрат, формула, горизонт, диаметр, радиус, пропорция, барометр, эклиптика, метеорология, оптика, периферия, эфир, калий, а также неологизмы, составленные им как равновесие ;
- противник теории специальных жидкостей, таких как флогистон и электрическая жидкость, которая в то время была общепринятой, внес вклад в разработку кинетической теории газов . Он верил, что тепло является формой движения;
- предложил волновую теорию света;
- Идея сохранения массы в химических реакциях изложена в письме от 5 июня 1748 г., адресованном Эйлеру примерно за 40 лет до Антуана Лавуазье, поэтому закон сохранения материи известен как закон Ломоносова-Лавуазье. Ломоносов обнаруживает, что после химической реакции остается вещество с массой, равной исходной;
- считает, что природа постоянно развивается и демонстрирует органическое происхождение почвы, торфа, угля, нефти и янтаря;
- в астрономии – предсказывает существование атмосферы Венеры;
- конструирует метеорологические, навигационные и оптические приборы (телескоп);
- получает твердую ртуть в первый раз ;
- делает прототип вертолета;
- закладывает основы теории континентального дрейфа;
- теоретически предсказывает существование Антарктиды;
- основал московский университет.
Его современники поклонялись ему, но, как и следовало ожидать, из-за непонимания или зависти, он не был любим многими.
Духовенство называло подобные эксперименты кощунством и вмешательством в божьи дела, призывая немедленно их прекратить, отмечая, что, по их мнению, гибель Рихмана – наказание господне.
Ломоносов был очень недоволен теориями статического электричества, предлагаемыми зарубежными исследователями того времени. Он считал, что в них недостаточно исследованы некоторые значимые вещи. Он инициировал конкурс объявленный Академией наук на наиболее точную теорию электрической силы и объяснение ее подлинной причины.
Ломоносов считал, что электричество – форма движения эфира. Он отмечал, что электрическое действие вызывается легким трением и состоит в силах отталкивания и притяжения, а также участвует в процессах, связанных со светом и огнем.
Теория электричества Ломоносова, связанная с движением эфира, была передовой для того времени, и получила дальнейшее развитие в трудах Эйлера. Ее придерживался Фарадей, считая электричество именно движением упругой среды, заполняющей все пространство и пронизывающей все тела.
Северное сияние Ломоносов также относил к электрическим явлениям, происходящим в самых верхних слоях атмосферы. Он проводил опыты с разрядами в стеклянных шарах, из которых был откачан воздух, свечение в которых ученый сравнивал с северным сеянием.
Ломоносов изготовил специальный прибор для регистрации силы грозового разряда. После экспериментов с ним он пришел к однозначному выводу о целесообразности использования громоотводов, чтобы молния ударяла именно в них, а не туда, где могут пострадать люди. Вопреки мнению Франклина, Ломоносов отметил важность заземления громоотвода.
Довольно оригинально высказывался о природе электричества русский ученый Андрей Тимофеевич Болотов (1738 – 1833 гг.), он не сомневался, что электрическая материя состоит из непостижимо малых частичек, способных двигаться с непостижимой скоростью, имеющих круглую форму. Болотов подчеркивал, что электрическая материя есть повсюду: и в недрах земли и в атмосфере и во всех телах, но поскольку везде она присутствует в разных количествах, то и проявляется по-разному.
Опубликованно 18 января, 2019 автором adminmysl . Запись опубликована в рубрике научные изобретения, научные открытия. Добавьте в закладки постоянную ссылку.
Когда в электрическом поле атмосферы развивается искровой разряд гигантских размеров, мы можем наблюдать удивительное природное явление – молнию.[1] Мо́лния — электрический искровой разряд в атмосфере, происходит во время грозы, проявляющийся яркой вспышкой света и сопровождающим её громом. Молнии также были зафиксированы на Венере, Юпитере, Сатурне, Уране и др. Сила тока в разряде молнии на Земле достигает 10—500 тысяч ампер, напряжение — от десятков миллионов до миллиарда вольт.[2]
ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ
История изучения молнии
Изучение грозовой активности и, в частности, молнии, неразрывно связаны с темой электричества и его проявлений в пространстве около земного шара. Совокупность проявлений атмосферного электричества исследует физика атмосферы. Предметом ее изучения выступает целый спектр связанных между собой электрических явлений: ионизация и проводимость атмосферы, электрическое поле и токи, электрические заряды и разряды. Прорыв в этой области совершил в 18 веке видный американский деятель из научной и политической областей, Бенджамин Франклин. Благодаря экспериментам он выяснил, что молния имеет электрическую природу, и определил понятия положительного и отрицательного заряда. В 1752 году Франклин впервые предложил проект молниеотвода на основе металлического стержня, соединенного с землей. Ключевые принципы, открытые ученым, по сей день актуальны в деле устройства молниезащиты зданий и сооружений.
Электрическая искра, или искровой разряд, представляет собой пучок заполненных плазмой каналов. Искровые каналы представляют собой разветвленные яркие полоски, напоминающие нити. Такой разряд в природе и является молнией. Впервые искусственным путем электрическая искра была получена в электрическом конденсаторе голландского ученого Питера ван Мушенбрука в 1745 году.
Электрический заряд, или количество электричества, как скалярная величина впервые был определен Шарлем Кулоном, физиком и инженером из Франции. Связь силы взаимодействия между неподвижными точечными электрическими зарядами и расстояния между ними была выведена им в законе Кулона в 1785 году. Кулон как единица измерения электрического заряда определяется величиной заряда, прошедшего через проводник за 1 секунду при силе тока 1 ампер. Электрические заряды в околоземном космическом пространстве, в атмосфере и на поверхности нашей планеты генерируют поле, которое называется электрическим полем Земли. Заряд в полмиллиона кулонов создает у поверхности Земли электрическое поле напряжённостью в десятки вольт на метр.
Единица измерения электрического напряжения “вольт” получила свое название в честь Алессандро Вольты, ученого из Италии. Он создал первый химический источник тока при помощи кислоты и пластин из цинка и меди, а также ряд электрических приборов. В вольтах выражается электростатический потенциал. Вольт обозначается как В или V. Мощность постоянного электрического тока измеряется в ваттах – единице, названной в честь изобретателя из Шотландии Джеймса Ватта. Ватт обозначается как Вт или W.
Принцип взаимодействия электрических токов был сформулирован физиком Андре Ампером в 1820 году. Французский ученый ввел в физику и само понятие электрического тока. Закон Ампера описывает состояния проводников в зависимости от направления тока. Если электрические токи в параллельных проводниках текут в одном направлении - проводники притягиваются. Если в них же токи текут в противоположных направлениях, то параллельные проводники отталкиваются. Со временем единица измерения силы неизменяющегося электрического тока получила наименование “ампер”. Ампер обозначается как A.
Тепловое действие электрического тока сформулировал в виде закона английский физик Джеймс Джоуль. Единица измерения энергии получила название в честь этого ученого. Джоуль обозначается как Дж или J. За 1 секунду силы электрического поля при напряжении в 1 вольт для поддержания силы тока в 1 ампер совершают работу в 1 джоуль.
20 век принес человечеству знания об ионосфере и магнитосфере. А затем, с развитием космических технологий, стало возможным исследование процессов в самых высоких слоях атмосферы. Наибольший вклад в формирование современного знания об электрических атмосферных явлениях внесли Нобелевский лауреат Чарлз Вильсон и ученый-физик Яков Френкель.[1]
Виды молний
1. Линейная молния туча-земля
Рис.1 - Линейная молния туча-земля [3]
Ученые считают, что молнии образуются в результате распределения электронов в облаке, обычно позитивно заряжен верх облака, а негативно — из. В результате получаем очень мощный конденсатор, который может время от времени разряжаться в результате скачкообразного преобразования обычного воздуха в плазму (это происходит из-за все более сильной ионизации атмосферных слоев, близких к грозовым тучам). Кстати, температура воздуха в месте прохождения заряда (молнии) достигает 30 тысяч градусов, а скорость распространения молнии — 200 тысяч километров в час.
2. Молния земля-облако
Рис.2 - Молния земля-облако [3]
3. Молния облако-облако
Поскольку верхняя часть облака заряжена позитивно, а нижняя — негативно, рядом стоящие грозовые облака могут простреливать электрическими зарядами друг друга.
Рис. 3- Молния облако-облако [3]
4. Горизонтальная молния
Рис. 4 - Горизонтальная молния [3]
Горизонтальная молния. Эта молния не бьет в землю, она распространяется в горизонтальной плоскости по небу. Иногда такая молния может распространяться по чистому небу, исходя от одной грозовой тучи. Такие молнии очень мощные и очень опасные.
5. Ленточная молния
Рис. 5 - Ленточная молния [3]
Ленточная молния — несколько одинаковых зигзагообразных разрядов от облаков к земле, параллельно смещённых относительно друг друга с небольшими промежутками или без них.
6. Четочная (пунктирная молния)
Рис. 6 - Четочная (пунктирная молния) [3]
Редкая форма электрического разряда при грозе, в виде цепочки из светящихся точек. Время существования четочной молнии 1–2 секунды. Примечательно, что траектория четочной молнии нередко имеет волнообразный характер. В отличие от линейной молнии след четочной молнии не ветвится — это является отличительной особенностью этого вида.
7. Шторовая молния
Рис.7 -Шторовая молния [3]
Шторовая молния выглядит как широкая вертикальная полоса света, сопровождающаяся низким негромким гулом.
8. Объёмная молния
Рис.8 - Объёмная молния [3]
Объёмная молния – белая или красноватая вспышка при низкой полупрозрачной облачности, с сильным звуком треска “отовсюду”. Чаще наблюдается перед основной фазой грозы.
9. Эльфы
Эльфы представляют собой огромные, но слабосветящиеся вспышки-конусы диаметром около 400 км, которые появляются непосредственно из верхней части грозового облака. Высота эльфов может достигать 100 км, длительность вспышек — до 5 мс (в среднем 3 мс)
10. Джеты
Джеты представляют собой трубки-конусы синего цвета. Высота джетов может достигать 40-70 км (нижняя граница ионосферы), живут джеты относительно дольше эльфов.
11. Шаровые молнии
Рис. 11 - Шаровые молнии [3]
Шаровая молния — светящийся плавающий в воздухе плазменный шар, уникально редкое природное явление. Единой физической теории возникновения и протекания этого явления к настоящему времени не представлено.
Некоторые люди утверждают, что шаровых молний не бывает. Другие размещают видео шаровых молний и доказывают, что все это — реальность. В общем, ученые пока твердо не уверены в существовании шаровых молний.
12. Вулканические молнии
Рис. 12 – Вулканические молнии [3]
По одному из многочисленных предположений ученых вулканические молнии возникают вследствие того, что пузыри магмы, выбрасываемые вверх, либо вулканический пепел несут электрический заряд, и при их движении возникают разделенные области. Кроме этого, выдвигается предположение, что вулканические молнии могут быть вызваны наводящими заряд столкновения в вулканической пыли.[3]
Стадии развития молнии
Молния переносит с облака на землю положительный или отрицательный заряд. Знак заряда определяет ее полярность. Молнии с отрицательным зарядом встречаются значительно чаще, и их параметры более подробно изучены. Отрицательная нисходящая молния развивается в три стадии, которые образуют компоненту. За первой компонентой, как правило, идут последующие. Их количество может достигать нескольких десятков.
Разряд молнии начинается при появлении лидера. Он оказывает тепловое, механическое и электрическое воздействие на объекты, через которые проходит. Лидер молнии состоит из канала, головки канала и стримерной зоны. Канал лидера молнии – это плазменное образование, через которое протекает ток. Канал прорастает, пробивая промежуток между облаком и землей. Он несет огромный потенциал в десятки мегавольт, а сила тока в нем исчисляется сотнями ампер. Величина распределенного по его длине заряда электричества достигает нескольких кулон. Так за миллисекунды происходит лидерная стадия развития молнии.
Далее следует наиболее опасный процесс наподобие короткого замыкания – главная стадия. Высокотемпературный проводящий канал замыкается на землю и провоцирует переходный процесс разряда протяженной заряженной системы, созданной лидером. На этой стадии импульс тока может протекать по каналу за сотни микросекунд с амплитудой уже в несколько сотен килоампер. Скорость его распространения соизмерима со скоростью света. Главную стадию сопровождают световые вспышки, яркое свечение и раскаты грома. Гром вызывают колебания воздуха, когда нагретая молнией волна воздуха сталкивается с холодной.
На финальной стадии канал молнии продолжает переносить заряд к земле, но менее интенсивно. Тем не менее, для этой стадии характерна большая длительность тока, которой, в основном, обусловлено термическое воздействие молнии.[1]
Молния - одно из самых разрушительных и устрашающих природных явлений, с которыми повсеместно сталкивается человек. В настоящий момент современный уровень науки и техники позволяет создать действительно функционально надежную и соответствующую техническому уровню систему молниезащиты.[4]
Многие столетия молнии и гром, причину которых долго не знали, разрушали храмы и колокольни, убивали людей и животных, вызывая страх и ужас. Но смерть ученого, изучавшего эти загадочные явления, естественно, вызвала широкий общественный резонанс.
Современному читателю трудно поверить, что до середины XVIII в. среди физиков существовали диаметрально противоположные представления о природе атмосферного электричества. Гром вызывает молнию или, наоборот, молния вызывает гром? Какова природа грозы? На эти вопросы искали ответы ученые-естествоиспытатели разных стран.
В сочинениях многих физиков середины XVIII в., изучавших электрические явления, высказывались идеи о том, что молния – это гигантский разряд электричества в атмосфере, в тысячи раз превосходящий по силе электрические искры, наблюдавшиеся во время лабораторных опытов.
Важнейшим шагом на пути изучения электрических явлений в атмосфере был переход от качественных наблюдений к установлению количественных закономерностей и разработке основ теории электричества. Наиболее значительный вклад в решение этих проблем был сделан петербургскими академиками М.В. Ломоносовым и Г.В. Рихманом и американским ученым Б. Франклином.
1 – деревянный квадрант с делениями; 2 – металлическая линейка; 3 – металлический лист, 4 – льняная нить
1 – электрический указатель; 2 – соединительная проволока; 3 – металлический шест на крыше дома
Рис. 4.3. Автоматический прибор Ломоносова:
1 – металлический стержень с трезубцем; 2 – проволочная пружина, припаянная к металлическому кружку
Вклад Бенджамина Франклина в изучение атмосферного электричества
Бенджамин Франклин (1706-1790) – сын бедного бостонского мыловара, был пятнадцатым ребенком в семье. Но именно ему было суждено принести заслуженную славу всей династии Франклинов. Он рано начал трудовую жизнь, старался много читать и успешно занимался самообразованием. После долгих лет лишений он стал одним из образованнейших людей и крупным общественным деятелем, генерал-почтмейстером американских колоний, основателем Пенсильванского университета, активным борцом за независимость и создателем государства Соединенных Штатов Америки.
С большим увлечением он занялся изучением электрических явлений и сделал большой вклад в американскую и мировую науку.
Еще в 1747 г. Франклин впервые указывает свойство металлических остриев собирать электричество, а в 1749 г. он сооружает первый громоотвод. Внедрение громоотводов в быт больших городов пробивало себе дорогу с большим трудом главным образом из-за религиозных опасений. Сохранилось свидетельство о том, как в 1783 г. один из французов установил на своем доме громоотвод, чем вызвал волнение жителей города. Между властями и домовладельцем состоялся судебный процесс, который получил большую огласку и положил начало карьере блестящего адвоката, ставшего известным всей Франции. Имя адвоката было Робеспьер.
Глава III От свободного аэростата к управляемому поле ту (Вклад русских ученых и изобретателей в теорию и практику воздухоплавания)
Глава III От свободного аэростата к управляемому поле ту (Вклад русских ученых и изобретателей в теорию и практику воздухоплавания) В конце ХIХ века в России ученые и изобретатели – энтузиасты своих дел, Внесли немало нового и оригинального в учение о движении в воздухе
Глава 7 Подключение электричества
Глава 7 Подключение электричества Вот уже много лет электричество является неотъемлемой частью нашей жизни, а ведь чуть больше ста лет назад люди и помыслить не могли о такой роскоши и обходились примитивными свечами и горелками.Для того чтобы не прослыть пещерным
Электрический помощник
Электрический помощник Электричество — подручный станочника, его помощник. Оно экономит время, освобождает руки рабочего, ускоряет темп работы, делает ее более точной.Пуск станка в ход, его остановка, изменение скорости — все, что еще не так давно требовало ручного
Глава 1 Что такое изобретение, и зачем они нужны
Глава 1 Что такое изобретение, и зачем они нужны Jus utendi et abutendi. Право пользования по своему усмотрению. (Римское право) Условия патентоспособности изобретения описаны в ст. 1350 четвертой части Гражданского кодекса РФ. Я не буду повторять эту статью, а постараюсь ее «на
ГЛАВА 3 Изобретение конденсатора и создание первого электрохимического источника тока – важнейшие страницы в летописи электричества
ГЛАВА 3 Изобретение конденсатора и создание первого электрохимического источника тока – важнейшие страницы в летописи электричества Создание лейденской банкиЭтот зимний день 1745 г. запомнился голландскому профессору из г. Лейдена Питеру Мюсхенбруку (1692-1761) на всю жизнь.
Глава 2. Что такое волна?
Глава 2. Что такое волна? Когда Стефан Солтер в конце 1973 г. приступил к своим исследованиям, то прежде всего он посетил Институт океанографических наук (ИОН), унылую группу строений на краю дороги, где-то между Витли и Вормли в Суррее. С тех пор каждый, кто вовлекался в
V. ПОРАБОЩЕННАЯ МОЛНИЯ.
V. ПОРАБОЩЕННАЯ МОЛНИЯ. 1. Молния — электричество.В мае 1752 года недалеко от Парижа был установлен странного вида высокий шест. Шест был деревянный, но заканчивался железным стержнем, укрепленным в стеклянной оправе. От стержня вниз тянулась металлическая проволока. И вот 10
1.4. ИЗУЧЕНИЕ АТМОСФЕРНОГО ЭЛЕКТРИЧЕСТВА
1.4. ИЗУЧЕНИЕ АТМОСФЕРНОГО ЭЛЕКТРИЧЕСТВА Важным и вполне закономерным шагом на пути изучения электрических явлений был переход от качественных наблюдений к установлению количественных связей и закономерностей, к разработке основ теории электричества. Наиболее
2.3. ОБНАРУЖЕНИЕ И ИЗУЧЕНИЕ ДЕЙСТВИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА
2.3. ОБНАРУЖЕНИЕ И ИЗУЧЕНИЕ ДЕЙСТВИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА Первые же опыты с электрическим током[1] не могли не привести к открытию некоторых присущих ему свойств. Поэтому рассматриваемый период в истории электричества характеризуется главным образом обнаружением и
6.6. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ПРИВОД
6.6. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ПРИВОД 6.6.1. РАННИЙ ПЕРИОД РАЗВИТИЯ ЭЛЕКТРОПРИВОДА История развития электрического привода, являющегося целенаправленным органичным сочетанием электрических машин, аппаратов, преобразователей и устройств управления, неразрывно обусловлена
Читайте также: