Furtuna este un fenomen meteorologic, care constă în ploaie și descărcări electrice (fulgere și trăsnete), însoțite aproape întotdeauna și de vânturi puternice, de peste 75 km/h, adică gradul 9 pe scara Beaufort (74,9 km/h, 20,8 m/s). Anumite condiții atmosferice, cum ar fi temperatura ridicată și umiditatea, conduc la formarea norilor de furtună. Acești nori uriași cu formă de nicovală, acumulează la partea inferioară picături de apă, în timp ce la parte superioarǎ se găsesc cristale de gheață.
În aceste definiții, termenul celulă se referă la un sistem simplu de convecție (transportul vertical al maselor de aer cald și umed), care este alcătuit din curenți de aer ascendenți și curenți compensatori descendenți. Curenții puternici din acest tip de nor provoacă separarea încărcăturii electrice, ceea ce duce la un nivel ridicat de încărcare pozitivă la nivelurile superioare și o acumulare a sarcinilor negative la baza norului. Uneori, în zona de încărcare negativă apar și mici zone încărcate pozitiv.
Norii de furtună se încarcă în partea lor inferioară, în special, cu sarcină negativă, iar aceasta încarcă prin influență suprafața pământului cu sarcină pozitivă. Printr-un alt fenomen natural (inducția), pe pământ sub norul încărcat se acumulează sarcini pozitive care se mențin sub nor ca o umbră a sa. Când cantitatea de sarcină acumulată în aceste zone devine prea mare se produce descărcarea electrică: fie între nori (mai frecvent, cam 70% din cazuri) fie între nor și pământ.
Există așadar trei zone cu potențial electric diferit: zona superioară a norului, zona inferioară și pământul. În mod normal, stratul superior al norului se încarcă pozitiv iar stratul inferior negativ. În zonele unde se formeazǎ acești nori de furtunǎ, sub influența sarcinilor încărcate negativ de la baza norului, câmpul electric prezent la nivelul solului se inversează brusc și se acumulează rapid ajungând între 10 și 15 kilovolți pe metru.
Mecanismul descărcărilor electrice și formarea fulgerului
Dacă tensiunea dintre doi nori sau dintre nori și pământ devine suficient de mare apare o descărcare electrică foarete puternică numită trăsnet. Fulgerul este rezultatul vizibil al unei descărcări electrice. Fluxul de energie ce se creează între cele două puncte încălzeşte aerul într-atât de tare încât acesta devine luminos.
Prima etapă a unei lovituri de trăsnet implică o descărcare inițială, cunoscută ca lider descendent. În majoritatea cazurilor, scânteia trăsnetului, la început foarte mică și anemică începe în dreptul norilor și se alungeste în direcția pământului, aceasta fiind o descărcare preliminară care creează în aer ceva în genul unui canal bun conducător de electricitate și care se deplasează spre pământ circa 50 de m cu o viteză egală cu 50000 kms. După un timp foarte scurt (zeci de milionimi de secunde) de la dispariția primei descărcări apare o altă descărcare preliminară care se apropie și mai mult de pământ și care se întrerupe din nou. Uneori au loc zeci de descărcări preliminare.
După ce descărcarea preliminară ajunge la pământ sau la un obiect aflat în legătură electrică cu pământul, apare o luminozitate foarte puternică a canalului parcurs de scânteie, mai întâi în dreptul pământului apoi din ce în ce mai sus spre nori. Acum a apărut descărcarea principală a trăsnetului, care se deplasează de la pământ spre nor. În canalul trăsnetului aerul este complet ionizat, substanța fiind aici sub forma de plasma.
Efectele termice și acustice ale descărcării
Aerul din jurul "tubului" prin care are loc descărcarea electrică se încălzește brusc până la temperaturi de aproximativ 30.000 de grade Celsius (cam de 5 ori mai mare decât temperatura la suprafața soarelui). Ceea ce noi vedem drept fulger este de fapt aer încins (iar fenomenul se numește incandescență, același fenomen prin care becurile clasice luminează). Mai mult, aerul astfel încălzit se dilată aproape instantaneu și se mișcă radial, spre exterior, "scuturând" celelalte pături de aer și determinându-le să vibreze, le unduiește. Datorită degajării unei mari cantități de energie intr-un interval de timp foarte scurt, in canalul subtire de plasma are loc un salt brusc al presiunii care produce unde de șoc acustice (tunetul).
Distribuția spațială a sarcinilor în nor
În nori, se formează zone cu încărcătură electrică negativă şi pozitivă. În mod normal, stratul superior al norului se încarcă pozitiv iar stratul inferior negativ. Prin separarea încărcăturii realizată de curenții din nor se ajunge la o distribuție caracteristică: părțile superioare predominant pozitive și baza predominant negativă. Uneori, în zona de încărcare negativă apar și mici zone încărcate pozitiv.
Norul și pământul pot fi considerați drept armaturile unui condensator între care tensiunea electrică atinge valori de ordinul zecilor și chiar al sutelor de milioane de volți. Când norul se deplasează, zona de sarcină pozitivă de pe pământ îl urmărește ca o umbră.
Tipuri de descărcări
- Descărcări între nori - mai frecvent, cam 70% din cazuri.
- Descărcări între nor și pământ - implică lideri descendenti și descărcări principale care generează luminozitate puternică și tunet.
| Componentă | Caracteristică |
|---|---|
| Stratul superior al norului | Încărcare pozitivă |
| Stratul inferior al norului | Încărcare negativă (cu mici zone pozitive în interior) |
| Pământ sub nor | Încărcare pozitivă prin inducție |
| Câmp electric la sol | 10-15 kV/m în zone cu nori de furtună |
Furtuna poate produce și efecte bruște la scară mare: pe oceane se pot forma valuri de apă de până la 10 metri înălțime, care se răstoarnă. Pe de altă parte, separarea sarcinilor și descărcările electrice rămân elementele definitorii ale pericolului asociat cu acești nori.
tags: #sarcinile #electrice #in #norii #de #furtuna
Postări populare:
- Servicii moderne de Ginecologie și Obstetrică la Centrul de Diagnostic Pitesti
- Abordări moderne în medicina pediatrică
- Cerere pentru stabilirea paternității copilului născut în afara căsătoriei – ghid juridic
- Simptomele sarcinii și cum pot fi interpretate în era tehnologiei
- Cum să descrii copilul de grădiniță pentru asistentul maternal