Qu'est-ce que la foudre et comment se produit-elle ?

L'origine des nuages ​​orageux

Le brouillard qui s'élève au-dessus du sol est constitué de particules d'eau et forme des nuages. Les nuages ​​plus gros et plus lourds sont appelés cumulus. Certains nuages ​​sont simples : ils ne provoquent pas d'éclairs ni de tonnerre. D'autres sont appelés orages parce qu'ils créent un orage, forment des éclairs et du tonnerre. Les nuages ​​orageux diffèrent des nuages ​​de pluie ordinaires en ce sens qu'ils sont chargés d'électricité : certains sont positifs, d'autres négatifs.

Comment se forment les nuages ​​orageux ? Tout le monde sait à quel point le vent est fort pendant un orage. Mais des tourbillons d'air encore plus forts se forment plus haut au-dessus du sol, là où les forêts et les montagnes n'entravent pas le mouvement de l'air. Ce vent génère principalement de l'électricité positive et négative dans les nuages.

Il y a de l'électricité positive au centre de chaque goutte et une quantité égale d'électricité négative se trouve le long de la surface de la goutte. Les gouttes de pluie qui tombent sont attrapées par le vent et tombent dans les courants d'air. Le vent, frappant la goutte avec force, la brise en morceaux.Dans ce cas, les particules externes détachées de la goutte se chargent d'électricité négative.

La partie restante plus grande et plus lourde de la gouttelette est chargée d'électricité positive. La partie du nuage où s'accumulent les gouttelettes lourdes est chargée d'électricité positive. La pluie qui tombe du nuage transfère une partie de l'électricité du nuage au sol, et ainsi une attraction électrique est créée entre le nuage et le sol.

En figue. 1 montre la répartition de l'électricité dans un nuage et à la surface de la terre. Si un nuage est chargé d'électricité négative, alors, s'efforçant d'être attiré vers lui, l'électricité positive de la terre sera distribuée sur la surface de tous les objets élevés qui conduisent le courant électrique. Plus l'objet est haut au sol, plus la distance entre le haut et le bas du nuage est petite et plus la couche d'air qui reste ici est petite, dégageant l'électricité opposée. Il est évident que la foudre pénètre plus facilement le sol dans de tels endroits. Nous vous en dirons plus à ce sujet plus tard.

Riz. 1. Répartition de l'électricité dans un nuage orageux et des objets au sol

Qu'est-ce qui cause la foudre?

A l'approche d'un grand arbre ou d'une maison, un nuage d'orage chargé d'électricité agit sur celui-ci. En figue. 1 nuage chargé d'électricité négative attire l'électricité positive vers le toit, et l'électricité négative de la maison ira dans le sol.

L'électricité, dans le nuage et sur le toit de la maison, a tendance à s'attirer l'une l'autre. S'il y a beaucoup d'électricité dans le nuage, alors beaucoup d'électricité se forme sur la maison par influence.

Tout comme l'eau entrante peut éroder un barrage et se précipiter dans un torrent, inondant une vallée dans son mouvement illimité, de même l'électricité, s'accumulant de plus en plus dans un nuage, peut éventuellement percer la couche d'air qui le sépare de la surface de la terre et se précipiter jusqu'à la terre, à l'électricité opposée. Une forte décharge se produira - une étincelle électrique se glissera entre le nuage et la maison.

C'est la foudre qui frappe la maison. Les décharges de foudre peuvent se produire non seulement entre un nuage et le sol, mais aussi entre deux nuages ​​chargés de différents types d'électricité.

Plus le vent est fort, plus le nuage se charge rapidement en électricité. Le vent dépense une certaine quantité de travail, qui va dans la séparation de l'électricité positive et négative.

Comment se développe la foudre ?

Le plus souvent, la foudre frappant le sol provient de nuages ​​chargés d'électricité négative. La foudre frappant un tel nuage se développe de cette manière.

Tout d'abord, de petites quantités d'électrons commencent à s'écouler du nuage vers le sol, dans un canal étroit, formant une sorte de courant dans l'air.

En figue. La figure 2 montre cette initiation de formation de foudre. Dans la partie du nuage où le canal commence à se former, des électrons possédant une vitesse de déplacement élevée se sont accumulés, grâce à quoi ils, entrant en collision avec des atomes d'air, les cassent en noyaux et en électrons.

Riz. 2. La foudre commence à se former dans un nuage

Les électrons libérés dans ce cas se précipitent également vers le sol et, entrant à nouveau en collision avec les atomes de l'air, les séparent.C'est comme la neige qui tombe dans les montagnes, quand d'abord une petite motte, roulant vers le bas, se couvre de flocons de neige collés dessus, et, accélérant son vol, devient une grande avalanche.

Et ici, l'avalanche d'électrons capture de nouveaux volumes d'air, divisant ses atomes en morceaux. Dans ce cas, l'air est chauffé et, à mesure que la température augmente, sa conductivité augmente. Il passe d'isolant à conducteur. À travers le canal d'air conducteur résultant du nuage, l'électricité commence à s'écouler de plus en plus. L'électricité s'approche de la terre à une vitesse phénoménale, atteignant 100 kilomètres par seconde.

En quelques centièmes de seconde, l'avalanche d'électrons atteint le sol. Cela ne termine que la première partie, pour ainsi dire, "préparatoire" de la foudre: la foudre a fait son chemin vers le sol. La deuxième partie majeure du développement de Lightning reste à venir. La partie considérée de la formation de foudre s'appelle le conducteur. Ce mot étranger signifie "chef" en russe. Le guide fit place à la seconde partie, plus puissante, de l'éclair ; cette partie est appelée la partie principale. Dès que le canal atteint le sol, l'électricité commence à le traverser beaucoup plus violemment et rapidement.

Il y a maintenant une connexion entre l'électricité négative accumulée dans le canal et l'électricité positive qui est tombée au sol avec les gouttes de pluie, et par action électrique il y a une décharge d'électricité entre le nuage et le sol. Une telle décharge est un courant électrique d'une intensité énorme - cette intensité est bien supérieure à l'intensité du courant dans un réseau électrique conventionnel.

Le courant circulant dans le canal augmente très rapidement et, après avoir atteint la force maximale, il commence à diminuer progressivement.Le canal de foudre traversé par un courant aussi fort chauffe beaucoup et brille donc fortement. Mais le temps de circulation du courant dans une décharge de foudre est très court. La décharge dure de très petites fractions de seconde et donc l'énergie électrique produite pendant la décharge est relativement faible.

En figue. 3 montre le mouvement progressif du paratonnerre vers le sol (trois premiers chiffres à gauche).

Riz. 3. Développement progressif du paratonnerre (trois premières figures) et de sa partie principale (trois dernières figures).

Les trois dernières figures montrent des moments distincts de la formation de la deuxième partie (principale) de la foudre. Une personne regardant le flash ne pourrait bien sûr pas distinguer son guide de la partie principale, puisqu'ils se suivent extrêmement rapidement, sur le même chemin.

Après avoir connecté deux types d'électricité différents, le courant est interrompu. Habituellement, la foudre ne s'arrête pas là. Souvent, un nouveau leader se précipite immédiatement sur le chemin tracé par le premier lancer, et derrière lui, sur le même chemin, se trouve à nouveau la partie œil du lancer. Ceci termine la deuxième décharge.

Il peut y avoir jusqu'à 50 catégories distinctes, chacune composée de son propre chef et de son corps principal. Le plus souvent, il y en a 2-3. L'apparition de décharges séparées rend la foudre intermittente, et souvent une personne regardant la foudre la voit scintiller. C'est ce qui fait clignoter le flash.

Le temps entre la formation de décharges séparées est très court. Il ne dépasse pas les centièmes de seconde.Si le nombre de décharges est très important, alors la durée de la foudre peut atteindre une seconde entière voire plusieurs secondes.

Nous n'avons considéré qu'un seul type de foudre, qui est le plus courant.Cet éclair est appelé éclair linéaire car il apparaît à l'œil nu sous la forme d'une ligne - une bande étroite et brillante de blanc, de bleu clair ou de rose vif.

La foudre en ligne a une longueur de centaines de mètres à plusieurs kilomètres. La trajectoire de la foudre est généralement en zigzag. La foudre a souvent de nombreuses branches. Comme déjà mentionné, les décharges de foudre linéaires peuvent se produire non seulement entre le nuage et le sol, mais aussi entre les nuages.

Foudre en boule

Outre les éclairs linéaires, il existe cependant beaucoup moins souvent d'autres types d'éclairs. Nous examinerons l'un d'eux, le plus intéressant — la foudre en boule.

Parfois, il y a des décharges de foudre qui sont des boules de feu. La formation de la foudre en boule n'a pas encore été étudiée, mais les observations disponibles de ce type intéressant de décharge de foudre nous permettent de tirer quelques conclusions.

Le plus souvent, la foudre en boule a la forme d'une pastèque ou d'une poire. Cela dure relativement longtemps — d'une fraction de seconde à plusieurs minutes.

La durée la plus courante de la foudre en boule est de 3 à 5 secondes. Le plus souvent, la foudre en boule apparaît à la fin d'un orage sous la forme de boules rougeoyantes d'un diamètre de 10 à 20 centimètres. Dans des cas plus rares, il est également grand. Par exemple, un éclair d'environ 10 mètres de diamètre a été photographié.

La balle peut parfois être d'une blancheur aveuglante et avoir des contours très nets. La foudre en boule émet généralement un sifflement, un bourdonnement ou un sifflement.

La foudre en boule peut s'estomper silencieusement, mais elle peut émettre un léger crépitement ou même une explosion assourdissante. Lorsqu'il disparaît, il laisse souvent un brouillard à l'odeur piquante. Près du sol ou à l'intérieur, la foudre en boule se déplace à la vitesse d'un homme qui court - environ deux mètres par seconde.Il peut rester au repos pendant un certain temps, et une telle balle "fixée" siffle et lance des étincelles jusqu'à ce qu'elle disparaisse. Parfois, la foudre en boule semble être entraînée par le vent, mais généralement son mouvement est indépendant du vent.

La foudre en boule est attirée par les espaces clos, où elle pénètre par des fenêtres ou des portes ouvertes, et parfois même par de petites fissures. Les pipes sont un bon moyen pour eux ; c'est pourquoi des boules de feu sortent souvent des fours dans les cuisines. Après avoir parcouru la pièce, la boule de foudre quitte la pièce, sortant souvent par le même chemin qu'elle est entrée.

Parfois la foudre monte et descend deux ou trois fois à des distances de quelques centimètres à quelques mètres. Simultanément à ces hauts et ces bas, la boule de feu se déplace parfois dans une direction horizontale, puis la foudre en boule semble faire des sauts.

Souvent, la foudre en boule "s'installe" sur les fils, préférant les points les plus élevés, ou roule le long des fils, par exemple, le long des tuyaux de drainage. Se déplaçant le long du corps des gens, parfois sous les vêtements, les boules de feu provoquent de graves brûlures et même la mort. Il existe de nombreuses descriptions de cas de dommages mortels causés à des personnes et à des animaux par la foudre. Les éclairs de chaleur peuvent causer de très graves dommages aux bâtiments.

Où tombe la foudre ?

Étant donné que la foudre est une décharge électrique à travers l'épaisseur de l'isolant - l'air, elle se produit le plus souvent là où la couche d'air entre le nuage et tout objet à la surface de la terre sera plus petite. Les observations directes le montrent : la foudre a tendance à frapper de hauts clochers, des mâts, des arbres et d'autres objets de grande taille.

Cependant, la foudre ne se précipite pas seulement sur les objets élevés.De deux mâts adjacents d'égale hauteur, l'un en bois et l'autre en métal, et situés non loin l'un de l'autre, la foudre se précipitera sur celui en métal. Cela se produira pour deux raisons : premièrement, le métal conduit beaucoup mieux l'électricité que le bois, même lorsqu'il est mouillé. Deuxièmement, le mât métallique est bien connecté au sol et l'électricité du sol peut circuler plus librement vers le mât pendant le développement du bas de ligne.

Cette dernière circonstance est largement utilisée pour protéger divers bâtiments de la foudre. Plus la surface du mât métallique en contact avec le sol est grande, plus il est facile pour l'électricité du nuage de passer dans le sol.

Cela peut être comparé à la façon dont un flux de liquide est versé à travers un entonnoir dans une bouteille. Si l'ouverture de l'entonnoir est assez grande, le jet ira directement dans la bouteille. Si l'ouverture de l'entonnoir est petite, le liquide commencera à déborder du bord de l'entonnoir et à se déverser sur le sol.

La foudre peut frapper même sur une surface plane de la terre, mais en même temps, elle se précipite là où la conductivité électrique du sol est plus grande. Ainsi, par exemple, l'argile humide ou les marais sont frappés par la foudre plus tôt que le sable sec ou le sol sec pierreux. Pour la même raison, la foudre frappe les rives des rivières et des ruisseaux, les préférant aux arbres grands mais secs qui dominent près d'eux.

Cette caractéristique de la foudre - se précipiter sur des corps bien mis à la terre et bien conducteurs - est largement utilisée pour mettre en œuvre divers dispositifs de protection.