Što uzrokuje vatru St. Elma

Što uzrokuje vatru St. Elma

Za one koji nisu upoznati, "Sv. Elmo's Fire "ime je sjaj koji izgleda poput plave ljubičaste vatre oko vrha šiljastih metalnih predmeta tijekom oluje.

Taj fenomen može nazvati ime talijanskog sveca "Sant'Ermo" ili "Sv. Erasmus "oko 300. god., Zaštitnika ranih mediteranskih mornara. Ovaj sjaj se obično pojavljuje na vrhovima jarbola brodova tijekom odvajanja faze grmljavinske oluje. Opće praznovjerje je prolazilo da se, ukoliko se pojavio sveti Elmo, bio dobar znak i odgovor mornarevim molitvama, kako bi nasilni moraji počeli umirati, a površinski vjetrovi bi se smirili. Ako se (požarni sjaj) pojavi u dobrim vremenima, rečeno je da je voditeljica Sv. Elma upozoravala na oluju.

Charles Darwin čak je pisao o fenomenu u pismu J.S. Henslow, napisao je o noći utrošenoj na zečar za vrijeme grmljavinske oluje,

Sve je bilo u plamenu, nebo s munjom, voda s sjajnim česticama, a čak su i sami jarboli bili okrenuti plavim plamenom.

Znanstveno, ovaj fenomen je poznat kao "korona iscjedak" ili "točka iscjedak". To se može, i obično se, dogodi na vrhu bilo koje vodljive površine tijekom grmljavina. Može se vidjeti na vrhovima crkvenih zglobova, svjetlosnih šipki, savjeta propelera i krila zrakoplova, pa čak i lopatice i rogovi na stoci!

Benjamin Franklin bio je prvi koji više ili manje ispravno opisuje fenomen kao atmosfersku električnu energiju 1749. godine. Mislio je da je "vatra" način na koji će se svjetlosne šipke polako spustiti električnu energiju grmljavine prije no što bi izgradila dovoljno naboja da bi formirao štrajk.

Može se oblikovati korona kada je potencijal električnog polja (u ovom slučaju atmosfera tijekom grmljavine) jača od otpornosti (u ovom slučaju šiljastim vodljivim štaglama) bilo kojeg medija koji struja (elektroni) prolazi. Znanstveno, to je poznato kao omska zakona - električna struja jednaka je napona podijeljenom otporom.

Pa zašto se to događa tijekom grmljavina, i zašto se to lakše događa s šiljastim metalnim predmetima?

U jednoj riječi (ili dva u ovom slučaju): elektrostatska ravnoteža. Elektrostatska ravnoteža je prirodno stanje u kojemu napunjeni vodič (kao u slučaju brodskog jarbola) ima jednako udio prekomjernog punjenja. To je zato što ima jednaku odbojnu silu koja djeluje na njemu kroz materijal. Uglavnom, svi elektroni prisutni u materijalu će se jednako udaljavati, jer se svi odbijaju jedni druge. To je važno napomenuti kada se radi o šiljastim vodičima, poput brodskog jarbola i njihovim električnim poljima.

Električna polja uvijek će imati svoju silu usmjerenu u cijelosti okomito na površinu vodiča. U slučaju ravnog vodiča to znači da se sila primjenjuje prema dolje. Zbog toga će šiljastim vodičem imati više elektrona, a time i više naboja.

Ako uzmete dva magneta i postavite ih na ravnu površinu, mogu se odbijaju na određenoj udaljenosti. Ako savijate tu trodimenzionalnu ravnu površinu koja čini središnju točku između dva magneta vrha, moći ćete kliziti magnete prema vrhu, a time i bliže zajedno ako je površina ravna. To je zato što se sila odbijanja odvaja od površine, a ne na suprotnom magnetu. Unutrašnjost savijenih površina djeluje kao izolator vrsta, ne dopuštajući struji da kroz njega struji magnet koji djeluje na drugoj strani. Rezultat je više naboja na bilo kojoj zakrivljenoj površini vodiča u elektrostatskoj ravnoteži. Oštrije točke, to je izraženiji rezultat.

Znam što misliš. Zašto ne bi elektronovi koji se okreću oko atoma unutrašnjosti dirigenata uzrokuju da se elektroni šire dalje i time ne dopuštaju nakupljanje elektrona na zakrivljenoj površini?

Odgovor je još jedan realizam koji uključuje elektrostatsku ravnotežu. Nevjerojatna stvar o naboju dirigenta je da cijeli naboj postoji samo na površini materijala, a ne u njemu. Električne linije polja protežu se samo od površine, a ne prema unutra. Ako je postojala sila koja je postojala unutar površine, tada bi se elektroni morali kretati kao odgovor na tu silu i stoga ne bi bili u ravnoteži. Budući da su već u ravnoteži, rezultat je cijeli naboj koji postoji na površini. To je fenomen koji dopušta znanstvenim geekima da posvuda stoje bez ozljeda u metalnom kavezu (Faradayov kavez), dok oko njih zatvaraju vijčani vijci s milijunima strujnih kaveza.

Dakle sada kada znamo da će vodljivi materijali imati višak naboja na svojim zakrivljenim površinama, razgovarajmo o tome zašto grmljavina uzrokuju požar Sv. Elma.

Kao što je prije spomenuto, vodiči imaju specifična električna polja. Plinovi također mogu imati električna polja. U ovom slučaju, plin je zrak koji dišemo. Kada je atmosfera mirna, tijekom dobrih vremenskih razdoblja snaga električnog polja iznosi oko 1 V po centimetru (ovisno o točnoj veličini prisutnog zraka).Kada se stvori grmljavina, snaga električnog polja počinje se povećavati i nastavit će to učiniti dok ne dosegne oko 10 tisuća volti po centimetru. Oko tog trenutka dobit ćete blistavi udarac. U tom je prozoru povećane snage polja iznad normalnih i prije blještavanja štrajka koju biste mogli vidjeti vatru sv. Elma.

Zato sada stavimo ono što znamo o elektrostatskoj ravnoteži i ono što znamo o povećanju električnih polja od oluja i razgovaramo o tome zašto uzrokuju koronu.

Oblaci, u ovom slučaju oblaci kumulonimbusa, imaju tendenciju da imaju više količina pozitivnog naboja na vrhovima i negativni naboj na dnu. Dok se znanstvenici još uvijek raspravljaju o točnoj prirodi zašto je to, najčešće izuzeta je teorija da je to rezultat dvaju procesa.

Prvi je da oblaci sadrže bezbrojne kapljice kapljica i leda. Kada isparavanje podzemnih voda dosegne oblak, elektroni su prisiljeni od pozitivno napunjene kapljice koja ostavlja negativni naboj na dnu oblaka.

Drugi mehanizam koji se odnosi ima veze s ledom. Kako voda isparavanja raste, može se zamrznuti na višim nadmorskim visinama. Klaster leda će nastojati postati negativno napunjen prema svom središtu. Dok se led kovitla oko oblaka, vanjski, više pozitivno napunjeni dijelovi ostavljaju se prema vrhu, a zamrznuti dijelovi koji su negativno nabijen, potonuti će se prema dnu. Rezultat tih dvaju procesa ostavlja sve veći negativni naboj prema dnu. To je važno u slučaju vatre Sv. Elma zbog toga kako to povećanje negativnog naboja utječe na površinu zemlje.

Uobičajeno je da zrak oko oblaka ima dovoljno izolata kako bi Zeus i njegovi vijci za osvjetljavanje držali na zaljevu. U slučaju grmljavina, kako se naplata iz oblaka povećava, njegova se snaga polja također povećava. To može ionizirati zrak oko njega što ga čini vodljivijim. Budući da se suvišni elektroni s dna oblaka počnu tkati svoj put prema dolje kroz sve veći vodljivi zrak, ona tjera elektrone na površinu zemlje (ili bilo koji objekt pričvršćen na zemlju, poput zgrade ili brodskog jarbola) , Rezultat je sve veći porast pozitivnog naboja na povišenim dijelovima zemlje, poput upaljača.

Pomoću elektrostatske ravnoteže kao prethodnika možemo vidjeti da objekt s šiljastim vrhom ima relativno veću koncentraciju pozitivnog naboja od objekta koji nema šiljastu vrh. Na kraju, pozitivno napunjen vrh reagira s povećanjem negativno napunjene atmosfere i stvara se električna struja.

Obično bi taj proces bio nevidljiv. U slučaju korona (ne, a ne pivo), kada je potencijal električnog polja dovoljno jak (kao na vrhu brodskog jarbola), elektroni se mogu odvojiti od svojih molekula. Ako taj elektron može dobiti dovoljno energije kako bi se izbjeglo da ga preuzme obližnja molekula (poput povećanja ili smanjenja električnog polja snage olujnog oblaka i zraka oko nje), rezultat su slobodni elektroni, pozitivno nabijeni ionski klasteri površina brodskog jarbola) i okolnog zraka, koji se međusobno sudaraju u obliku tvari poznatog kao plazma. Plazma će fluorescirati svjetlom što daje život Sv. Elmu i njegovu "vatru"!

Boja sjajanja plazme ovisit će o vrsti prisutnog plina. Budući da se naš zrak sastoji uglavnom od dušika i kisika, svijetlit će plavo / ljubičasto.

Na kraju, sveti Elmo i njegova zadivljujuća plava / ljubičasta vatrena je samo rezultat elektrostatske ravnoteže jednog dirigenta koji utječe na sve veći potencijal električnog polja koji su stvorili grmljavini. Ili kao što je Ben Franklin rekao "atmosferska struja".

Ostavite Komentar