Громоотвод

Проведем опыт. Прикоснемся наэлектризованной палочкой к гибкой металлической сетке с бумажными лепестками (сетке Кольбе). Если сетка образует плоскую поверхность, то заряд распределится по ее поверхности равномерно, и мы увидим, что все лепестки отклонятся на одинаковый угол (рис 18, а). Иначе распределится заряд, если сетку изогнуть. Мы увидим, что на вогнутых участках сетки лепестки опадут, а на выпуклых, наоборот, отклонятся сильнее (рис 18, б).

Этот и другие опыты показывают, что электрические заряды распределяются по поверхности проводника так, что электрическое поле оказывается сильнее на выступах проводника и слабее на его впадинах.

Особенно сильно электрическое поле вблизи металлического острия. На этом свойстве проводников основано действие громоотвода.

Громоотвод был изобретен в середине XVIII в Б. Франклином. Более правильное его название — молниеотвод, так как он предназначен для защиты зданий и других сооружений от ударов молнии, а не раскатов грома.

Подсчитано, что в атмосфере Земли каждую секунду происходит около 100 молний. Еще в древности было замечено, что ударяют они преимущественно в наиболее высокие объекты — столбы, вышки, деревья, а на равнинных местах могут поразить людей и животных. Поэтому никогда не следует укрываться от молнии под деревьями, а, оказавшись во время грозы на открытой местности, лучше всего лечь на землю или, по крайней мере, встать на колени и как можно ниже опустить голову.

На протяжении многих веков люди не понимали истинной природы молнии, считая ее удары проявлением воли богов. Так, например, когда персидский царь Ксеркс (IV в до н. э.) задумал поход против греков, то, чтобы предотвратить этот поход, его советник Артабан сказал ему «Взгляни, как Бог молниями своими всегда поражает крупных животных и не позволяет им становиться дерзкими, а существа меньших размеров не раздражают Его. И как молнии Его падают всегда на самые большие дома и самые высокие деревья. Так, очевидно, Он любит унижать все, что возносит себя».

На самом деле молния имеет электрическую природу и может быть объяснена на основе законов физики. Возникает она тогда, когда заряженные дождевые облака (тучи) создают настолько сильное электрическое поле, что разгоняемые этим полем свободные электроны (всегда имеющиеся в небольшом количестве в воздухе) ионизируют встречные молекулы, выбивая из них новые электроны. Освободившиеся электроны также разгоняются и ионизируют следующие молекулы и т. д. Возникает лавина заряженных частиц, образующая быстро удлиняющуюся светящуюся искру. При приближении этой искры к земле она прокладывает себе путь к области наиболее сильного электрического поля, наблюдаемой вблизи высоких и заостренных сооружений. Этот искровой разряд и образует молнию.

Если над наивысшей точкой защищаемого сооружения закрепить молниеотвод, состоящий из тонкого, заостренного на конце металлического стержня, соединенного проволокой с металлическим листом, закопанным в землю (рис. 19), то большая часть электрического заряда, переносимого молнией, уйдет в землю и сооружение будет спасено. Впрочем, в большинстве случаев при наличии молниеотвода непосредственного удара молнии не происходит. Туча над громоотводом успевает разрядиться до того, как создаваемое ею электрическое поле окажется способным породить светящийся грозовой разряд.

Изобретение Франклином громоотвода не сразу было оценено по достоинству. Любопытный случай произошел в конце XVIII в. во французском городе Сент-Оморе. Когда один из его жителей установил на крыше своего дома громоотвод, испуганные соседи подали на него жалобу в суд. Четыре года длился судебный процесс над владельцем громоотвода. Интересно, что его защитником на суде выступал М. Робеспьер, а одним из экспертов со стороны истца был Ж- Марат (оба они впоследствии прославились как видные деятели французской революции). На суде Марат (в то время более известный как ученый, а не политик) выступал против установки громоотвода, считая его опасным для людей. Однако после продолжительных разбирательств Робеспьер выиграл процесс, и громоотвод получил право на существование.

??? 1. На каких участках поверхности проводника электрическое поле сильнее, а на каких слабее? 2. Для чего применяют громоотвод? Как он иначе называется? Кто и когда его изобрел? 3. Опишите, как возникает молния. 4. Как следует вести себя, оказавшись во время грозы на открытой местности? Почему нельзя укрываться под деревьями? 5. В XVIII в. некоторые люди, считавшие, что острый стержень громоотвода «отпугивает» молнию, во время грозы доставали из ножен шпагу и поднимали ее вверх. Могли ли они таким способом защититься от молнии?