Общеизвестно, что вы не должны использовать электроприборы, когда находитесь вблизи воды, потому что это очень опасно. Например, на фене для сушки волос всегда есть надпись, предупреждающая пользователя о том, что нельзя погружать данное устройство во включенном состоянии в воду из-за риска получить травмы, шок или вообще даже летальный исход. Это потому, что вода может проводить электричество.

Как нам известно еще из школьного курса физики, электричество представляет собой движение электронов от одного атома к другому в любом проводящем материале. Некоторые материалы являются более проводящими, чем другие; металлы, например, известны своей высокой проводимостью. Электричество всегда находит кратчайший путь к земле и всегда идет по пути наименьшего сопротивления.

Но что же касается воды? Как с ней взаимодействует электричество? Вода хорошо растворяет многие материалы и вещества. Ионные материалы, такие как обычная поваренная соль, растворяются на ионы, которые имеют электрический заряд. Вода также может растворять ионы металлов. Вода, содержащая растворенные ионы, сама становится проводником и хорошо проводит электричество. Дистиллированная вода, которая является очень чистой и не содержит ионов, не проводит электричество и используется для охлаждения некоторого электрооборудования, но требует сложной обработки для освобождения жидкости от сторонних элементов. Большая часть воды на нашей планете содержит ионы.

Когда электричество попадает в воду, будь то от естественного явления, такого как удар молнии, или искусственного (инцидент с электрическим прибором), электричество распространяется по всей области воды. Сами молекулы воды не проводят электричество; зато растворенные ионы переносят движущиеся электроны по всему объему жидкости. Электрический заряд становится слабее, когда он удаляется от источника, и этот электрический заряд в конечном итоге рассеивается при значительном удалении.

В связи с этим опасно находиться в воде во время грозы или даже прикасаться к воде в такое время. Тело человека в основном состоит из воды с растворенными солями, такими как натрий, кальций и калий. Это означает, что человеческое тело является отличным электрическим проводником, и электричество легко сможет перемещаться по всему организму человека, что может привести к повреждениям организма, особенно в области сердца.

На нижеприведенных видео показано, как молния может ударять по воде:

Рассказывают, что в конце 1940-х годов прошлого века студент Лёва Юткин пережидал грозу на берегу озера. Внезапно молния ударила в воду, подняв к небу огромный фонтан, окативший юношу с головы до ног. Дивное явление запомнилось. Школьный учитель дал Лёве небольшую электростатическую машину, и студент не пожалел нескольких лет, чтобы экспериментально воспроизвести увиденное.

Казалось бы всё просто: один провод бросить в сосуд с водой, другой поднести к её поверхности да покрутить рукоятку машины. Но и первая, и сотая искра никакого эффекта не дали...

А потом получилось. Небольшой аквариум вдруг негромко раскололся на несколько больших кусков, и вода хлынула в комнату. Этот успех и определил дальнейшую жизнь Юткина-изобретателя.

Оказалось, если правильно провести электрический разряд в воде, да ещё использовать для этого источник энергии помощнее, чем школьная электростатическая машина, то получался мощный взрыв. Его сила разрушала любые материалы. Всё говорило о давлениях в тысячи и десятки тысяч атмосфер. Не удивительно, что в 1950 г. оду Л.А.Юткин совместно со своей супругой Лидией Александровной Гольцовой подает заявку на «Способ получения высоких и сверхвысоких давлений». Заявка увенчалась авторским свидетельством, правда, через семь лет... (Впоследствии Л.А.Юткин и Л.А.Гольцова сделали ещё около 150 изобретений!)

Во время электрического разряда в воде происходят сложные процессы. На первой его стадии, длящейся микросекунды, образуется плазменный канал с температурой до 40000° С. Плазма расширяется со скоростью, соизмеримой со скоростью звука в воде (1410 м/с). Так образуется первая ударная волна и полость, наполненная раскалённым паром и газом, которая постепенно заканчивает свое расширение, затем начинает пульсировать и в конце концов схлопывается.

Возникает кумулятивный эффект, похожий на тот, что используется в бронебойных снарядах. Возникающее на этой стадии давление, по оценкам учёных, может достигать 450 тысяч атмосфер. Неудивительно, что нет материалов, способных устоять в воде перед электрической искрой.

Отметим, что электрические разряды в воде наблюдали ещё в XIX веке. Но учёные не увидели в них ничего примечательного. А Л.А.Юткин обнаружил много интересного. Потому весь круг явлений, связанных с электрическим разрядом в воде и других жидкостях, принято называть электрогидравлическим эффектом (ЭГЭ), или эффектом Юткина.

В ЭГЭ до 30-80% электрической энергии переходит в механическую работу, а тепла порою выделяется значительно, в 2-3 раза, больше. Причина - в процессах, происходящих в моменты схлопывания полости. К сожалению, мы мало о них знаем. Основная их часть происходит, когда полость уменьшается до размеров, не различимых ни в один микроскоп. К тому же и длится наиболее интересный этап схлопывания много меньше, чем миллиардная доля секунды. Тем не менее, недостаток теоретических знаний не мешает практическому применению эффекта Юткина.

Прежде всего, это дробление самых различных материалов, начиная от простого превращения каменных глыб в щебень. Так, при реконструкции одного из мостов в Москве старые бетонные детали при помощи электрических разрядов превратили в крошку, которую пустили на изготовление новых.

Но есть процессы дробления более тонкие. На поверхности стальных деталей, отливаемых в земляную форму, остается прочно въевшийся в неё слой земли и окалины. Удаление его крайне трудоемко, если не применять ЭГЭ. А если им воспользоваться, то процесс оказывается крайне простым. Детали кладут в ванну, несколько ударов подводной молнии - и их поверхность чиста.

Эффект Юткина позволяет не только крушить, но и созидать. Вот как, например, с его помощью штампуют детали из металлического листа. Сначала делают матрицу - деталь, обратную по форме той, которую хотят получить. Её помещают на дно ванны, сверху прочно прижимают лист металла и откачивают из-под него воздух. Затем сверху наливают воду, и в ней производят разряды. Лист металла прогибается и точно заполняет всю поверхность матрицы.

Надо сказать, что листовую штамповку можно производить и множеством других способов, например, давлением масла или ударом молота по слою резины. Но тут необходимо применять особо пластичный и мягкий металл, значит, деталь получается непрочной. Эффект Юткина позволяет штамповать детали из хрупких и прочных металлов, и деталь получается очень прочной.

Способен ЭГЭ и бурить. Бур Юткина состоит из пластмассового стержня с электродом внутри и коронки из любого металла, например, меди. И коронка, и стержень неподвижны, вращается только легкий проволочный электрод. Через ещё один из каналов в стержне подается вода. При каждом повороте электрода зубцы неподвижной коронки обегает множество искр, дробящих в пыль лежащую внизу породу, а вода уносит её на поверхность. И нет пород, которые могут устоять перед таким буром.

Однажды Л.А.Юткин и Л.А.Гольцова подвергли ЭГ-ударам обычную почву, продувая через неё воздух. Дело в том, что содержащиеся в ней минеральные соли поступают к корням растений, в основном, с поверхности её частиц. Микромолнии раздробили их, поверхность увеличилась, и большая часть содержащихся в почве солей стала доступна корням растений. Более того, содержащийся в воздухе азот перешел в форму химических соединений, доступных растениям. Обычная земля превратилась в прекрасное экологически чистое удобрение!

Об эффекте Юткина можно говорить ещё долго, но лучше его попробовать своими руками. Главное - источник высокого напряжения, способный создавать резкие, быстро нарастающие импульсы. В промышленных установках для этого применяется высоковольтный трансформатор на 30-60 кВ, который через выпрямитель заряжает конденсатор. Однако сделать такой источник питания очень трудно, да и работать с ним опасно.

Самый простой способ - это поступить так же, как и сам Юткин: начать опыты с небольшой школьной электростатической машиной, которая может дать около 30000 В. С ней вам предстоит собрать цепь, состоящую из двух воздушных разрядников и электродов, укрепленных на дне ванны. Но вначале нужно привести в полный порядок саму электростатическую машину - разобрать и тщательно очистить от пыли.

Внимание! Все работы с электрической машиной опасны! Их можно вести только в присутствии взрослых!

Для нас очень важны стоящие на её подставке два высоковольтных конденсатора типа «лейденская банка». Они представляют собою стаканы, оклеенные фольгой. Их следует очищать от пыли особенно тщательно, стараясь при этом не повредить фольгу, которая является обкладкой конденсаторов: пыль при высоких напряжениях неплохой проводник. Замыкая ток, вырабатываемый машиной, она не позволит набрать высокое напряжение.

Следует также обратить внимание на маленькие медные щёточки - токосъёмники. Их нужно очистить от темного налета окислов. И наконец, электростатическую машину нужно хорошо просушить. Для этого поставьте её на сутки возле горячего калорифера. После этого она начнет так работать, что вы её не узнаете. Искры будут большие, звонкие и частые. Теперь приступаем к получению электрогидравлического эффекта.

Вам понадобится ванна с прозрачными стенками. Стеклянный сосуд не годится - он не выдержит гидравлический удар. Лучше взять нижнюю часть от пятилитровой пластиковой бутыли.

Её следует соединить с электростатической машиной при помощи высоковольтного провода, наподобие того, что применяется в системе зажигания автомобиля. Для формирования импульса необходимо сделать два разрядника. Каждый из них представляет собой укрепленные на куске пластмассы шарики диаметром по 15-20 мм. Их можно найти среди старых школьных приборов. Разрядники отрегулируйте так, чтобы расстояние между шарами равнялось 15-20 мм.

На дне ванны укрепите разрядные электроды. Их роль выполняют зачищенные концы высоковольтного провода. Расстояние между ними 50-80 мм. После этого наливаете в вашу ванну воду - и начинайте эксперименты.

Не только через металлы, проводимость которых обусловлена наличием в кристаллической решетке свободных электронов, но и через другие среды. Например, через органические вещества, полупроводники, вакуум, жидкости и газы. Для того чтобы газ стал проводить ток, необходимо наличие в нем носителей заряда, в роли которых выступают ионы.Внести в газ источник ионов можно искусственно: в его роли может выступать пламя или источник альфа-частиц. Если электрический ток в газе лишь использует имеющиеся ионы от стороннего источника, но не создает собственных, такой разряд называется несамостоятельным. Он не излучает собственного . При определенной плотности тока он принимает способность создавать новые ионы и тут же использовать их для собственного прохождения. Возникает самостоятельный разряд, не требующий дополнительных источников ионизации и поддерживающий себя сам, пока к электродам приложено достаточное напряжение.Электрический разряд, в зависимости от плотности тока и давления газа, делится на коронный, тлеющий, дуговой и искровый. Все они, кроме коронного, обладают так называемым отрицательным динамическим сопротивлением. Это означает, что с увеличением тока сопротивление канала ионизированного газа . Если ток не ограничить искусственно, он будет ограничен лишь внутренним сопротивлением источника питания.Молния является примером искрового разряда. По своим параметрам этот разряд значительно превосходит все искусственные искровые разряды: он характеризуется напряжениями в десятки миллионов вольт и в сотни тысяч ампер. Как известно, любой искровый промежуток характеризуется так называемым напряжением зажигания. Оно зависит не только от расстояния между электродами, но и от их формы. Напряженность поля вокруг острых электродов при одном и том же напряжении больше, чем вокруг шарообразных или плоских. Именно поэтому с большей вероятностью попадает в заостренный предмет, чем в находящийся рядом ровный. Возвышенность объекта также повышает вероятность попадания в него , поскольку это эквивалентно уменьшению расстояния между электродами.Громоотвод, изобретенный в середине восемнадцатого века физиком Бенджамином Франклином, работает следующим образом. На его острие возникает коронный разряд, который, как указано выше, является единственным из всех газовых разрядов, не обладающим отрицательным динамическим сопротивлением. Поэтому ток не увеличивается до катастрофических величин, что эквивалентно медленному разряду конденсатора вместо быстрого. Можно привести такую аналогию: если из подвешенного на тонкой нити сосуда медленно вылить всю воду, можно больше не , что под тяжестью воды нить оборвется и упадет весь сосуд.Находясь в грозу на открытой местности от зданий, оборудованных громоотводами, для минимизации вероятности попадания молнии необходимо отойти от и спрятать зонт.

Грозовые молнии принято делить на наземные и внутриоблачные. Наземные молнии бьют сверху вниз, а внутриоблачные до земли не доходят. Помимо привычных молний, существуют и такие загадочные явления, как спрайты, джеты и эльфы.

Существует распространенный стереотип, утверждающий, что молния бьет сверху вниз. Это далеко не так, ведь помимо наземных, существуют еще внутриоблачные молнии и даже молнии, которые существуют только в ионосфере.

Молния представляет собой огромный электрический разряд, ток в котором может достигать сотен тысяч ампер, а напряжение - сотен миллионов ватт. Длина некоторых молний в атмосфере может достигать десятков километров.

Природа молнии

Впервые физическую природу молний описал американский ученый Бенджамин Франклин. В начале 1750-х годов он провел эксперимент по изучению атмосферного электричества. Франклин дождался наступления грозовой погоды и запустил в небо воздушного змея. В змея ударила молния, и Бенджамин пришел к выводу об электрической природе молний. Ученому повезло - примерно в то же время российский исследователь Г. Рихман, тоже изучавший атмосферное электричество, погиб от удара молнии в сконструированный им аппарат.

Полнее всего изучены процессы образования молний в грозовых облаках. Если молния проходит в самом облаке, ее называют внутриоблачной. А если ударяет в землю, она называется наземной.

Наземные молнии

Процесс формирования наземной молнии включает в себя несколько этапов. Сначала электрическое поле в атмосфере достигает своих критических значений, происходит ионизация и наконец, образуется искровой разряд, который ударяет из грозового облака в землю.

Строго говоря, молния бьет сверху вниз лишь отчасти. Сначала из облака по направлению к земле устремляется начальный разряд. Чем ближе он подходит к земной поверхности, тем больше усиливается напряженность электрического поля. Из-за этого навстречу к приближающейся молнии с поверхности Земли выбрасывается ответный заряд. После этого по соединяющему небо и землю ионизированному каналу выбрасывается главный разряд молнии. Он действительно бьет сверху вниз.

Внутриоблачные молнии

Внутриоблачные молнии обычно гораздо больше наземных. Их длина может составлять до 150 км. Чем ближе местность расположена к экватору, тем чаще в ней возникают внутриоблачные молнии. Если в северных широтах соотношение внутриоблачных и наземных молний примерно одинаково, в экваториальной полосе внутриоблачные молнии составляют примерно 90% всех грозовых разрядов.

Спрайты, эльфы и джеты

Помимо обычных грозовых молний, существуют такие малоизученные явления как эльфы, джеты и спрайты. Спрайты представляют собой подобия молний, которые появляются на высоте до 130 км. Джеты формируются в нижних слоях ионосферы и представляют собой разряды в виде синих