Mi okozza a Szent Elmo tüzet

2024 Szerző: Sherilyn Boyd | [email protected]. Utoljára módosítva: 2023-12-16 09:39

Ez a jelenség visszavezetheti nevét egy olasz szent "Sant 'Ermo" vagy "St. Erasmus "körülbelül 300 körül, a korai mediterrán tengerészek védőszentje. Ez a ragyogás a hajóoszlopok csúcsán jelent meg a zivatarok felszívó szakaszai alatt. Az általános babonaság azt eredményezte, hogy ha Szent Elmo jelent meg, akkor ez egy jó előjel és válasz a tengerész imáinak, ahogy az erőszakos tengerek elkezdenek leesni és a felszíni szelek nyugodni fognak. Ha a jó időjárás idején (tüzes ragyogás) jelentkezik, azt mondták, hogy St. Elmo vezetője figyelmeztetett a viharra.

Charles Darwin a jelenségről a J.S. Henslow, írta egy éjszaka töltött a Vizsla vihar közben,

Minden lángolt, az ég villámlással, a víz fényes részecskékkel, sőt az árbocokat is kék lánggal mutatták.

Tudományosan ez a jelenség "corona discharge" vagy "point discharge" néven ismert. A vezetőképes felület csúcsa, és általában ez történik, viharok idején. A templomtornyok tetején, a lazító rúdokon, a repülőgép propellerek és szárnyak csúcsán, és még a fűszálak és a szarvak szarván is láthatók!

Benjamin Franklin volt az első, aki 1749-ben többé-kevésbé helyesen írta le a jelenséget légköri villanyáramként. Úgy gondolta, hogy a "tűz" egy olyan módszer, amellyel a lángoló rudak lassan "kivonják" a zivatar villamos energiáját, mielőtt felépítették volna a töltést ahhoz, hogy sztrájk keletkezzen.

A korona akkor alakulhat ki, ha egy elektromos mező (ebben az esetben a zivatarban lévő légkör) erősebb, mint a villamos energia (elektronok) áramlásának ellenállása (ebben az esetben a hegyes vezető pálca). Tudományosan ez az Ohm törvénye, az áram áram egyenlő a feszültséggel és ellenállással osztva.

Miért történik ez így viharok idején, és miért könnyebben megy végbe hegyes fémtárgyakkal?

Egy szóval (vagy kettő ebben az esetben): elektrosztatikus egyensúly. Az elektrosztatikus egyensúly természetes állapot, amelyben a töltött vezető (mint a hajó árbocja esetében) maga is túltöltési távolságot jelent. Ez azért van, mert ugyanolyan visszataszító erők hatnak rá az egész anyagon. Alapjában véve az anyagban jelen lévő elektronok egymástól egyenlő távolságban lesznek egymástól, mert mindannyian taszítják egymást. Ez fontos megjegyezni, amikor a hegyes vezetők, mint a hajó árbocja, és az elektromos mezők.

Az elektromos mezők mindig a merőleges irányú erővel rendelkeznek a vezető felületén. Lapos vezető esetében ez azt jelenti, hogy az erőt lefelé irányítják. Ennek következtében a hegyes karmesternek több elektronja van, és ennélfogva több töltés van a csúcson.

Ha két mágnest veszel, és sík felületre helyezi őket, akkor egy bizonyos távolságra megtámadják egymást. Ha háromdimenziós sík felületet hajlít meg, amely a két mágnes középpontját képezi, akkor csúsztathatja a mágneseket a csúcs felé, és így közelebb kerülhet, ha a felület lapos. Ennek az az oka, hogy a visszaszorító erőt a felszíntől eltávolítják, és nem az ellentétes mágnestől. A hajlított felületek belsejében olyan szigetelőként működik, amely nem teszi lehetővé az erő átáramlását a mágnes másik oldalán. Az eredmény több töltés az elektrosztatikus egyensúlyban lévő karmester bármely ívelt felületén. Minél élesebb a pont, annál erőteljesebb az eredmény.

Tudom, mit gondolsz. Miért ne merülne fel az elektronok a karmester belsejében forgó atomok körül, hogy az elektronok tovább terjedjenek, és így ne engedjék az elektronok akkumulálódását az ívelt felületen?

A válasz egy másik, az elektrosztatikus egyensúlyt figyelembe vevő teljesség. A karmester töltésének csodálatos dolog az, hogy az egész töltés csak az anyag felületén létezik, és nem benne. Az elektromos mezővezetékek csak a felületről nyúlnak ki és nem befelé. Ha létezne olyan erő, amely a felszínen létezett, akkor az elektronoknak még mindig mozgásban kell lenniük, és nem kell egyensúlyban lenniük. Mivel már egyensúlyban vannak, az eredmény a felszínen lévő összes töltés. Ez a jelenség lehetővé teszi, hogy a tudós geek mindenhol kitartatlanul álljanak egy fémdobozban (Faraday-ketrecben), miközben a világító csavarok több millió feszültséggel csavarják körül őket.

Tehát most, hogy tudjuk, hogy a vezetőképes anyagok felülmúlják az ívelt felületüket, beszéljünk arról, miért okoznak zivatarokat St. Elmo tüzet okozva.

Mint korábban említettük, a vezetők speciális elektromos mezőkkel rendelkeznek. A gázok elektromos mezővel is rendelkezhetnek. Ebben az esetben a gáz a levegő, amit lélegezzünk. Ha a légkör nyugodt, a jó idő esetén az elektromos térerősség körülbelül 1 V / centiméter (attól függően, hogy pontosan milyen a levegő jelen van).Amikor egy vihar kezd formálni, az elektromos térerõsség növekedni fog és tovább folytatódik addig, amíg el nem éri a körülbelül 10 ezer volt centimétert. Ettől a ponttól kapsz egy könnyező sztrájkot. Ez az ablak a megnövekedett térerősség fölött normális, és a villámcsapás előtt, hogy láthatja Szent Elmo tüzet.

Tehát most tegyük fel, amit tudunk az elektrosztatikus egyensúlyról és arról, amit a viharok növekvő elektromos mezőiről tudunk, és arról, hogy miért okoznak koronát.

A felhők, ebben az esetben a kumulonimbus felhő általában túl magas pozitív töltést jelentenek a tetején és a negatív töltést alul. Míg a tudósok még mindig vitatják, hogy miért ez a pontos természet, a leggyakrabban kivont elmélet az, hogy két folyamat eredménye.

Az első az, hogy a felhők számtalan felfüggesztett vízcseppet tartalmaznak és a jég körül forog. A talajvíz elpárologtatásakor a felhő eléri az elektronokat a pozitív töltésű cseppecskéktől, amely negatív töltést hagy a felhő alján.

A második mechanizmus a jéggel kapcsolatos. Ahogy az elpárologtató víz felemelkedik, magasabb magasságokban fagyaszthat. A jégkocka negatívan tölti a központját. Ahogy a jég a felhő körül forog, a külső, pozitívabb töltésű részek a teteje felé maradnak, és a negatívan töltött fagyasztott részek az aljára süllyednek. E két folyamat eredménye egyre növekvő negatív töltést hagy maga után. Ez Szent Elmo tüzet érint, mivel ez a növekvő negatív töltés hatással van a Föld felszínére.

Általában a felhő körül levegő elég egy szigetelőből ahhoz, hogy a Zeusz és a világító csavarjait a helyükön tartsa. A mennydörgés esetén, ahogy a felhőből származó töltés nő, a térerő is növekszik. Ez ionizálja a levegőt körülötte, ami még vezetőképesebbé teszi. Amint a felhő alján lévő felesleges elektronok elkezdenek az egyre növekvő vezetőképes levegőn át szőni, az elektronokat a föld felszínére (vagy valamilyen tárgyat a földhöz, például egy épülethez vagy hajóoszlophoz) kényszeríteni. Az eredmény a pozitív töltés növekvő növekedése a föld felemelt részeiben, mint egy világító rúd.

Az elektrosztatikus egyensúly előfutárként történő felhasználása azt mutatja, hogy egy hegyes hegyű tárgynak viszonylag nagyobb pozitív töltési koncentrációja lenne, mint egy olyan tárgy, amelynek hegyes hegye nincs. Végül a pozitív töltésű csúcs reagál a növekvő negatív töltésű légkörrel és elektromos áram keletkezik.

Általában ez a folyamat láthatatlan lenne. Korona (nem, nem a sör) esetében, amikor az elektromos mező lehetősége elég erős (mint a hajó árbocjának tetején), az elektronok szakadhatnak molekuláikból. Ha ez az elektron elegendő energiát nyerhet annak érdekében, hogy elkerülje a közeli molekula felvételét (például a viharfelhő növekvő vagy csökkenő villamos térerősségéből és a körülötte lévő levegőből), az eredmény szabad elektronok, pozitív töltésű ioncsomók ( a hajó árbocjának felszínét) és a környező levegőt, amelyek egymással ütköznek plazmaként ismert anyag formájában. A plazma fluoreszkává válik, fényt adva Szent Elmának és "tűzének"!

A plazma fényének színe a jelenlévő gáz típusától függ. Mivel a levegő főleg nitrogénből és oxigénből áll, kék / ibolyánt izzad.

Végül a St. Elmo és csodálatos kék-ibolyaszínű tüze csak a karmester elektrosztatikus egyensúlyának az eredménye, melyet a thundercloudok által teremtett növekvő elektromos térerő befolyásol. Vagy Ben Franklin szerint "légköri elektromosság".