Čo spôsobuje požiar sv. Elma

2024 Autor: Sherilyn Boyd | [email protected]. Naposledy zmenené: 2023-12-16 09:38

Tento jav môže spomenúť jeho meno späť talianskemu svätcovi "Sant" Ermo "alebo" St. Erasmus "približne 300 rokov starého svätého, patróna svätých stredomorských námorníkov. Táto žiara mala tendenciu sa objavovať na vrcholoch stožiarov lodí počas rozbíjajúcich sa fáz búrky. Všeobecná povera spočívala v tom, že ak sa objaví svätý Elmo, bolo to dobré znamenie a odpoveď na modlitby námorníka, pretože násilné more začali zaniknúť a povrchové vetry by sa utišili. Ak by sa v čase dobrého počasia objavil (ohnivá žiara), bolo povedané, že strážna ruka sv. Elma varovala pred búrkou.

Charles Darwin dokonca napísal o tomto fenoméne v liste J.S. Henslow, napísal o večerných hodinách beagle počas búrky,

Všetko bolo v plameňoch, obloha s bleskom, voda so svetelnými časticami a dokonca aj samotné stožiare boli načrtnuté modrým plameňom.

Vedecky je tento jav známy ako "korónový výboj" alebo "bodový výboj". To môže a bežne sa stane na konci akéhokoľvek vodivého povrchu počas búrky. Je vidieť na vrcholoch kostolíkov, odľahčovacích tyčí, špičiek vrtuľových lietadiel a krídel a dokonca aj lopatky trávy a rohov na dobytku!

Benjamin Franklin bol prvým, ktorý viac či menej správne opisoval fenomén ako atmosférická elektrická energia v roku 1749. Myslel si, že "oheň" bol spôsob, ako odľahčovacie tyče pomaly "vytiahli" elektrickú energiu búrky predtým, ako vytvorí dostatočný poplatok na vytvorenie štrajku.

Koróna sa môže vytvoriť, keď potenciál elektrického poľa (v tomto prípade atmosféra počas búrky) je silnejší ako odpor (v tomto prípade špicaté vodivé tyče) z akéhokoľvek média, ktorému preteká elektrina (elektróny). Vedecky, toto je známe ako Ohmove zákony - elektrický prúd sa rovná napätiu vydelenému odporom.

Prečo sa to stane počas búrky a prečo sa to stáva ľahšie s ostrými kovovými predmetmi?

Slovo (alebo dva v tomto prípade): elektrostatická rovnováha. Elektrostatickú rovnováhu je prirodzený stav, pri ktorom nabitý vodič (ako v prípade stožiaru lode) bude mať rovnako celú vzdialenosť nadmerného náboja. Je to preto, lebo na ňom pôsobia rovnaké odpudivé sily v celom materiáli. V podstate všetky elektróny prítomné v materiáli sa budú rovnomerne rozširovať, pretože sa navzájom odpudzujú. Je dôležité si uvedomiť, že ide o špicaté vodiče, ako stožiar lodí a ich elektrické pole.

Elektrické polia budú vždy mať svoju silu nasmerovanú úplne kolmo na povrch vodiča. V prípade plochého vodiča to znamená, že sila pôsobí smerom nadol. Je to preto, že špicatý vodič bude mať viac elektrónov, a preto viac náboja, na jeho vrchole.

Ak vezmete dva magnety a položíte ich na rovný povrch, môžu sa od seba navzájom odradiť. Ak ohýbate ten trojrozmerný rovný povrch, ktorý vytvára stredový bod medzi dvomi magnetmi, môžete magnety posunúť smerom k špičke a tým sa zblížiť, ak je povrch plochý. Je to preto, že odpudzujúca sila pôsobí smerom od povrchu a nie na protiľahlý magnet. Interiér ohnutých povrchov pôsobí ako druh izolátora, ktorý neumožňuje prúdenie sily pôsobením magnetu na druhej strane. Výsledkom je viac náboja na akomkoľvek zakrivenom povrchu vodiča v elektrostatickej rovnováhe. Čím ostrejší je bod, tým výraznejší je výsledok.

Viem, čo si myslíš. Prečo by sa elektróny, ktoré sa otáčali okolo atómov vnútra vodiča, nemohli elektróny ďalej rozširovať a tým nedovoliť nahromadenie elektrónov na zakrivenom povrchu?

Odpoveďou je ďalší truismus zahŕňajúci elektrostatickú rovnováhu. Úžasná vec týkajúca sa zaťaženia dirigenta je, že celý náboj existuje len na povrchu materiálu a nie v ňom. Linky elektrického poľa vychádzajú len z povrchu a nie smerom dovnútra. Ak by existovala sila, ktorá existovala vo vnútri povrchu, potom by sa elektróny museli stále pohybovať v reakcii na túto silu, a teda nebudú v rovnováhe. Keďže sú už v rovnováhe, výsledkom je všetok náboj, ktorý existuje na povrchu. Je to tento jav, ktorý dovoľuje všetkým vedeckým geekom zostať nepoškodený vo vnútri kovovej klietky (Faradayovej klietky), pričom sa okolo nich objavujú svorky s miliónmi voltov.

Teraz, keď vieme, že vodivé materiály budú mať nadmerné náboje na svojich zakrivených plochách, poďme sa rozprávať o tom, prečo búrky spôsobujú požiar St. Elmo.

Ako už bolo uvedené, vodiče majú špecifické elektrické polia. Plyny môžu mať aj elektrické pole. V tomto prípade je plynom vzduch, ktorý dýchame. Keď je atmosféra pokojná, v dobách dobrého počasia je jej intenzita elektrického poľa asi 1 volt na centimeter (v závislosti od presného zloženia prítomného vzduchu).Keď začne vzniknúť búrka, intenzita elektrického poľa sa začne zvyšovať a bude pokračovať tak, až dosiahne približne 10 tisíc voltov na centimeter. Okolo tohto bodu dostanete blesk. Je to v tom okne so zvýšenou intenzitou poľa nad normálnym a pred bleskom štrajku, že môžete vidieť oheň sv. Elma.

Takže teraz dajme to, čo vieme o elektrostatickej rovnováhe a o tom, čo vieme o rastúcich elektrických poliach búrky a hovoríme o tom, prečo spôsobujú korónovú.

Mraky, v tomto prípade oblak cumulonimbus, majú tendenciu mať nadmerné množstvo pozitívneho náboja na vrchole a záporný náboj na dne. Zatiaľ čo vedci stále argumentujú o presnej povahe toho, prečo to je, najčastejšie vyňatá teória spočíva v tom, že je to výsledok dvoch procesov.

Prvým je to, že mraky obsahujú nespočetné množstvo suspendovaných vodných kvapôčok a ľadu okolo nich. Keď sa odparovanie spodnej vody dostane do oblaku, sú elektróny nútené od pozitívne nabitých stúpajúcich kvapôčok, pričom ponecháva záporný náboj v spodnej časti oblaku.

Druhý mechanizmus súvisí s ľadom. Keď sa vyparujúca voda stúpa, môže zmrznúť vo vyšších nadmorských výškach. Zvršok ľadu bude mať tendenciu byť negatívne nabitý smerom k jeho stredu. Keď sa ľad roztočí okolo oblaku, vonkajšie, pozitívne nabité časti sú ponechané smerom k vrcholu a zmrazené časti, ktoré sú viac negatívne nabité, klesnú smerom k dnu. Výsledok týchto dvoch procesov zanecháva zvyšujúci sa záporný náboj smerom k dolnej časti. To je dôležité v prípade požiaru sv. Elma, pretože tento rastúci záporný náboj ovplyvňuje zemský povrch.

Normálne je vzduch okolo oblaku dostatok izolátora, aby udržal Zeus a jeho svietiace skrutky v zátoke. V prípade búrky, ako sa zvyšuje náboj z oblaku, intenzita poľa sa tiež zvyšuje. To môže ionizovať vzduch okolo neho, čím je viac vodivý. Pretože prebytočné elektróny zo spodnej časti oblaku začínajú tkáčať cez stále rastúci vodivý vzduch, vynútia elektróny na povrchu zeme (alebo akýkoľvek objekt pripojený k zemi ako budova alebo lodný stožiar), Výsledkom je rastúci nárast kladného náboja na vyvýšených častiach zeme, podobne ako odľahčovacia tyč.

Pri použití elektrostatickej rovnováhy ako predchodcu môžeme vidieť, že objekt s špicatým hrotom bude mať relatívne vyššiu koncentráciu pozitívneho náboja ako objekt, ktorý nemá špicatý hrot. Nakoniec kladne nabitý hrot reaguje so zvyšujúcou sa negatívne nabitou atmosférou a vytvára sa elektrický prúd.

Normálne by bol tento proces neviditeľný. V prípade korónových (nie, nie piva), keď je potenciál elektrického poľa dostatočne silný (ako v hornej časti stožiaru lode), môžu sa elektróny roztrhnúť z molekúl. Ak tento elektrón dokáže získať dostatok energie, aby sa zabránilo tomu, že sa dostane do blízkosti blízkej molekuly (ako napríklad z rastúcej alebo znižujúcej sa intenzity elektrického poľa oblačnosti a okolitého vzduchu), výsledkom sú voľné elektróny, kladne nabité iónové zhluky povrch stožiaru lode) a okolitým vzduchom, ktoré sa navzájom zrážajú vo forme látky známej ako plazma. Plazma bude fluoreskujú svetlom a dávajú život svätému Elmu a jeho "ohňu"!

Farba žiarenia plazmy závisí od typu prítomného plynu. Vzhľadom k tomu, náš vzduch je tvorený predovšetkým dusíkom a kyslíkom, bude žiariť modrej / fialovej.

Nakoniec sv. Elmo a jeho úžasný modrý / fialový oheň sú len výsledkom elektrostatického rovnováhu vodiča, ktorý je ovplyvnený rastúcim potenciálom elektrického poľa, ktorý vytvára búrka. Alebo ako povedal Ben Franklin "atmosférická elektrická energia".