Электризация частиц и разделение зарядов в грозовых облаках

Грозовые облака (кучево-дождевые) простираются по высоте до 15 км, в то время как их основание находится на высоте 0,3–3,5 км. Грозовое облако представляет собой, как бы, громадную «вытяжную трубу», в которой воздуху по мере его подъема все время сообщается дополнительное тепло, и в зоне облака он всегда теплее, чем вне его. Сначала происходит конденсация водяных паров, при которой выделяется тепло, затем происходит замерзание капель, также сопровождающееся нагревом окружающего воздуха.

В верхней своей части грозовое облако может состоять из снежинок, кристаллов льда, ледяной крупы, градин. Нижняя часть, находящаяся при температуре выше 0°С, состоит обычно из крупных капель воды и поэтому выглядит очень темной.

Имеется множество теорий электризации капель воды и кристаллов льда в грозовых облаках, в большинстве своем нашедших подтверждение в лабораторных исследованиях. В грозовом облаке могут действовать несколько механизмов электризации в зависимости от стадии развития облака и агрегатного состояния воды в нем.

На рис. 7.2 показана усредненная модель грозовой ячейки облака. Уровни расположения зарядов близки к наблюдаемым, а значения зарядов соответствуют средним значениям напряженности электрического поля, измеряемым у поверхности земли. Сравнительно небольшой положительный заряд в нижней части облака часто выпадает с дождем. Предполагается также, что он может способствовать развитию разряда из отрицательно заряженной области.

Грозовое облако по структуре основных зарядов представляет собой диполь. Средний электрический момент, нейтрализуемый при разряде, составляет около 100 Кл×км, а максимальный – 500 Кл×км. Частота разрядов при умеренных грозах – около 1 в мин., а при интенсивных может достигать 5–10 в 1 мин. Средняя плотность зарядов в облаке 3×10^-9 –

3×10^-8 Кл/м³, а скорость их накопления 3×10^-10 – 3×10^-8 Кл/(м³×с). Средняя продолжительность электрической активности отдельного грозового облака 30–40 мин.