Žaibas yra galingas elektros išlydis. Tai įvyksta, kai debesys arba žemė labai įsielektrina. Todėl žaibo iškrova gali įvykti arba debesyje, arba tarp gretimų įelektrintų debesų, arba tarp įelektrinto debesies ir žemės. Žaibo iškrova įvyksta prieš tai, kai tarp gretimų debesų arba tarp debesies ir žemės susidaro elektrinių potencialų skirtumas.
Kai švarius, sausus plaukus kerpame plastikinėmis šukomis, plaukai jas traukia arba net kibirkščiuoja. Šukos gali pritraukti ir kitus mažus daiktus, pavyzdžiui, mažus popieriaus lapus. Šis reiškinys vadinamas trinties elektrifikacija.
Kas lemia debesų įsielektrinimą? Nes jie nesitrina vienas į kitą, kaip kad būna, kai ant plaukų ir šukų susidaro elektrostatinis krūvis.
Audros debesis – tai didžiulis kiekis garų, kurių dalis kondensuojasi į smulkius lašelius ar ledo dribsnius. Audros debesies viršūnė gali būti 6-7 km aukštyje, o apačia kabo 0,5-1 km aukštyje virš žemės. Aukščiau nei 3-4 km debesys sudaryti iš įvairaus dydžio ledo dribsnių, nes temperatūra ten visada yra žemesnė nei nulis. Šios ledo dribsniai nuolat juda dėl šilto oro srovių, kylančių nuo įkaitusio Žemės paviršiaus. Mažesnius ledo gabalus kylančios oro srovės įtraukia lengviau nei didesnius. Todėl mažos ledo dribsniai, judėdami į debesies viršūnę, nuolat susiduria su didesniais. Kiekvienas toks susidūrimas lemia elektrifikaciją. Šiuo atveju didelės ledo dalelės turi neigiamą krūvį, o mažos – teigiamą. Ilgainiui teigiamai įkrauti maži ledo gabalėliai atsiduria debesies viršuje, o neigiamai įkrauti dideli – apačioje. Kitaip tariant, audros debesies viršus yra teigiamai įkrautas, o apačia – neigiamai.
Žemės ir debesų sistema yra didžiulis kondensatorius
Debesų elektrinis laukas yra labai stiprus – apie milijoną V/m. Kai didelės priešingai įkrautos sritys pakankamai priartėja viena prie kitos, kai kurie elektronai ir jonai, bėgdami tarp jų, sukuria švytintį plazmos kanalą, kuriuo paskui juos skuba kitos įkrautos dalelės. Taip įvyksta žaibo iškrova.
Kanalo temperatūra siekia apie 10 000 K, todėl susidaro ryški šviesa, kurią matome, kai trenkia žaibas. Debesys nuolat išsiskiria šiais kanalais, o išorines šių atmosferos reiškinių apraiškas matome žaibų pavidalu.
Įkaitusi terpė sprogsta ir sukelia smūginę bangą, kuri jaučiama kaip griaustinis.
Galime patys imituoti žaibą, nors ir miniatiūrinį. Eksperimentą reikia atlikti tamsiame kambaryje, kitaip nieko nepamatysite. Mums reikia dviejų pailgų balionų. Juos išpučiame ir surišame. Tada, žiūrėdami, kad jie nesiliestų, tuo pat metu patrinkite juos vilnoniu audiniu. Jas užpildantis oras bus įelektrintas. Jei kamuoliukus priartinsime vieną prie kito, palikdami tarp jų kuo mažiau tarpo, kibirkštys pradės skrieti nuo vieno prie kito per ploną oro sluoksnį, sukeldamos šviesos blyksnius. Tuo pat metu išgirstame silpną traškesį – miniatiūrinę perkūnijos griaustinio kopiją.
Žaibo modeliavimas
Kiekvienas, matęs žaibą, pastebėjo, kad tai ne ryškiai šviečianti tiesi linija, o laužyta linija. Todėl žaibo išlydžio laidaus kanalo formavimo procesas vadinamas jo „pakopiniu lyderiu”. Kiekvienas iš šių „laiptelių” yra vieta, kurioje iki beveik žaibiško greičio pagreitėję elektronai sustojo dėl susidūrimų su oro molekulėmis ir pakeitė savo judėjimo kryptį.
Taigi žaibas yra kondensatoriaus, kurio dielektrikas – oras, o apvalkalas – debesys ir žemė, skilimas. Tokio kondensatoriaus talpa nedidelė – apie 0,15 μF, tačiau energijos atsargos milžiniškos, nes įtampa siekia milijardą voltų.
Vieną žaibą paprastai sudaro kelios iškrovos, kurių kiekviena trunka vos kelias dešimtąsias milijonines sekundės dalis.
Žaibai dažniausiai pasitaiko kumuliaciniuose debesyse. Žaibų taip pat pasitaiko ugnikalnių išsiveržimų, tornadų ir dulkių audrų metu.
Pagal formą ir išlydžio kryptį yra kelios žaibų rūšys. Iškrovos gali atsirasti
tarp perkūnijos debesies ir žemės,
tarp dviejų debesų,
debesyje,
iš debesų į giedrą dangų.