Kaj povzroča ogenj sv. Elmove

2023 Avtor: Sherilyn Boyd | [email protected]. Nazadnje spremenjeno: 2023-11-26 16:17

Ta pojav lahko sledi svojemu imenu do italijanskega svetnika "Sant 'Ermo" ali "St. Erasmus "okoli 300 A.D., pokrovitelj zgodnjih sredozemskih mornarjev. Ta sijaj se je pojavil na vrhu jamborjev ladij med razpršenimi stopnjami nevihte. Splošni praznik je šel, da če se je pojavil sveti Elmo, je bil dober znak in odgovor na mornarjeve molitve, saj se bodo nasilna morja začela umiriti, površinski vetrovi pa se bodo umirili. Če se je v času lepega vremena pojavil (ognjeni sij), je bilo rečeno, da je sv. Elmo vodilna roka opozoril na vihar.

Charles Darwin je celo piše o tem pojavu v pismu J.S. Henslow, napisal je približno noč, preživel na Beagle med nevihto,

Vse je bilo v plamenih, v nebu z bliskom, v vodi z svetlobnimi delci in celo v samih jamborih so bili usmerjeni z modrim ognjem.

Znanstveno je ta pojav znan kot "koronska razelektritev" ali "točkovno praznjenje". Lahko se pogosto zgodi na konici katere koli prevodne površine med nevihtami. Vidimo lahko na vrhovih cerkvenih stebrov, svetilk, vrhov propelerjev in kril letala, pa tudi travnatih trakov in rogov na govedu!

Benjamin Franklin je bil prvi, ki je bolj ali manj pravilno opisal pojav kot atmosfersko električno energijo leta 1749. Menil je, da je "ogenj" način, kako bi osvetljevalne palice počasi "potegnile" električno energijo neviht, preden je ustvarila zadostno obtožbo za oblikovanje stavke.

Korona lahko nastane, ko je potencial električnega polja (v tem primeru ozračja v času nevihte) močnejši od upora (v tem primeru koničastih prevodnih palic) katerega koli medija, skozi katerega teče električna energija (elektroni). Znanstveno, to je znano kot Ohmov zakon - električni tok je enak napetosti, deljeno z uporom.

Zakaj se to zgodi med nevihtami, in zakaj se to lažje zgodi s poudarjenimi kovinskimi predmeti?

Z besedo (ali dva v tem primeru): elektrostatično ravnotežje. Elektrostatično ravnotežje je naravno stanje, v katerem bo napolnjeni vodnik (kot pri ladijskem stebru) imeli svojo presežno razdaljo enakomerno po celotni dolžini. To je zato, ker ima v njej enake odbojne sile, ki delujejo na njem. V bistvu se vsi elektroni, ki so prisotni v materialu, enakomerno oddaljujejo ves čas, ker se vsi odbijajo. To je pomembno upoštevati, ko gre za usmerjene vodnike, kot so ladijski jambor in njihova električna polja.

Električna polja bodo vedno imela svojo silo, usmerjeno povsem pravokotno na površino prevodnika. V primeru ravnega vodnika to pomeni, da sila deluje navzdol. Zaradi tega bo koničast vodnik imel več elektronov in zato bolj zaračunan na vrhu.

Če vzamete dva magneta in jih postavite na ravno površino, se lahko medsebojno odbijejo na določeni razdalji. Če ste upognili to tridimenzionalno ravno površino, ki je središče med dvema magneta, se lahko pomaknete magnete navzgor proti konici in s tem bližje skupaj, če je površina ravna. To je zato, ker je sila odbijanja oddaljena od površine in ne na nasprotnem magnetu. Notri upognjene površine deluje kot izolator vrst, ne da bi sila teče skozi to, ki vpliva na magnet na drugi strani. Rezultat je večja obremenitev na kateri koli ukrivljeni površini prevodnika v elektrostatičnem ravnotežju. Točnejša točka, bolj izrazit rezultat.

Vem, kaj razmišljate. Zakaj elektroni, ki se vrtijo okoli atomov v notranjosti prevodnika, ne bi povzročili, da bi se elektroni še razširili in s tem ne dopuščali kopičenja elektronov na ukrivljeni površini?

Odgovor je še ena trditev, ki vključuje elektrostatično ravnovesje. Neverjetna stvar pri dirigiranju prevodnika je, da celoten naboj obstaja le na površini materiala in ne znotraj njega. Električni polji se bodo razširili samo s površine in ne navznoter. Če je v površini obstajala sila, bi se morali elektroni še vedno premikati kot odgovor na to silo in tako ne bi bili v ravnovesju. Ker so že v ravnotežju, je rezultat vse napolnjenosti na površini. To je ta pojav, ki omogoča, da znanstveni geeksi povsod stojijo nepoškodovani znotraj kovinske kletke (klet Faradayja), medtem ko se okrog njih viharijo vijaki z milijoni voltov.

Zdaj, ko vemo, da prevodni materiali imajo na svojih ukrivljenih površinah preveč naboja, se pogovorimo o tem, zakaj nevihte povzročajo ogenj St. Elmove.

Kot smo že omenili, imajo vodniki specifična električna polja. Plini imajo lahko tudi električna polja. V tem primeru je plin zrak, ki ga dihamo. Ko je atmosfera mirna, je v dobrih vremenskih razmerah njegova moč električnega polja približno 1 volt na centimeter (odvisno od natančne sestave prisotnega zraka).Ko začne nevihta nastajati, se bo moč električnega polja začelo povečevati in bo še naprej to storilo, dokler ne doseže približno 10 tisoč voltov na centimeter. Okoli te točke boste dobili strelec. V tem oknu je povečana poljska jakost nad normalno in pred udarnim streljanjem, da boste videli ogenj St. Elma.

Zdaj pa postavimo tisto, kar vemo o elektrostatičnem ravnovesju in kaj vemo o naraščajočih električnih poljih neviht in govorimo o tem, zakaj povzročajo korone.

Oblaki, v tem primeru kumulonimbusni oblak, ponavadi imajo presežne količine pozitivnega naboja na zgornji in negativni naboj na dnu. Medtem ko se znanstveniki še vedno spopadajo s točno naravo, zakaj je to, je najpogosteje izključena teorija, da je rezultat dveh procesov.

Prvi je, da oblaki vsebujejo nešteto število kapljic vode, ki se spuščajo, in vrtinčenje ledu. Ko izhlapevanje podtalne vode doseže oblak, so elektroni prisiljeni stran od pozitivno napolnjene naraščajoče kapljice, ki negativno napolni na dnu oblaka.

Drugi mehanizem je povezan z ledom. Ker se voda izhlapeva, se lahko zamrzne na višjih nadmorskih višinah. Ledeni grozdi bodo postali negativno napeti proti svojemu središču. Ko se led vrti okoli oblaka, so zunanji, bolj pozitivno nabiti deli levo proti vrhu, zamrznjeni deli, ki so bolj negativno nabiti, se bodo potopili proti dnu. Rezultat teh dveh procesov narašča negativno na dno. To je pomembno pri požaru St. Elma, ker ta naraščajoča negativna obremenitev vpliva na zemeljsko površino.

Običajno je zrak okoli oblaka dovolj izolatorja, da je Zeus in njegovi vijaki v zalivu. V primeru sončnega udara, ko se nabira od oblaka, se povečuje tudi poljska jakost. To lahko ionizira zrak okoli njega, zaradi česar je bolj prevoden. Ker presežni elektroni iz dna oblaka začnejo tkati svojo pot navzdol skozi vedno večji prevodni zrak, sili elektrone na površino zemlje (ali kateri koli predmet, pritrjen na zemljo, kot je gradbeni ali ladijski drog). Rezultat je naraščajoče povečanje pozitivnega naboja na povišanih predelih zemlje, kot je razsvetljevalna palica.

Z uporabo elektrostatičnega ravnovesja kot prekurzorja lahko vidimo, da bi imel objekt s koničastim vrhom relativno višjo koncentracijo pozitivnega nabora kot objekt, ki nima koničastega konice. Na koncu se pozitivno napolnjena konica reagira z naraščajočo negativno napolnjeno atmosfero in proizvede električni tok.

Običajno bi bil ta proces neviden. V primeru korone (ne, ne piva), ko je potencial električnega polja dovolj močan (kot na vrhu ladijskega jambora), se lahko elektrone odtrgajo iz njihovih molekul. Če ta elektron lahko pridobi dovolj energije, da bi se izognili temu, da bi jo v bližnji molekuli (npr. Iz naraščajoče ali zmanjšane moči električnega polja nevihtnega oblaka in zraka okoli njega), je rezultat prosti elektroni, pozitivno zaračunani ionski grozdi (pri površina ladijskega jambora) in okoliški zrak, ki se med seboj trčijo v obliki snovi, znanega kot plazma. Plazma bo fluoresirala s svetlobo, ki živi sv. Elmo in njegovim "ognjem"!

Barva plazemskega sijaja bo odvisna od vrste prisotnega plina. Ker je naš zrak sestavljen predvsem iz dušika in kisika, bo zasvetil modro / vijolično.

Na koncu je sveti Elmo in njegov čudovit modri / vijolični ogenj zgolj posledica elektrostatičnega ravnovesja vodnika, na katerega vpliva povečan potencial električnega polja, ki ga ustvarjajo grmični oblaki. Ali kot je dejal Ben Franklin "atmosferska električna energija".