מה גורם אש של סנט אלמו

2023 מְחַבֵּר: Sherilyn Boyd | [email protected]. : 2023-11-26 16:16

תופעה זו יכולה לעקוב אחר שמה בחזרה לקדוש איטלקי "סנט ארמו" או "סנט". ארסמוס "בסביבות 300 א.ד., הקדוש הפטרון של מלחים ים תיכוני מוקדם. זוהר זה נטה להופיע על צמרות ספינות האוניות במהלך השלבים המתפוגגים של סופת רעמים. האמונה הטפלה הכללית היתה שאם יראה סנט אלמו, זה היה סימן טוב ותשובה לתפילתו של המלח, כשהים האלימים יתחילו למות, ורוחות פני השטח יירגעו. אם הוא (הזוהר הלוהט) יופיע בזמנים של מזג אוויר טוב, נאמר כי היד המנחה של סנט אלמו היתה מזהירה מפני סערה.

צ 'ארלס דרווין אפילו כתב על התופעה במכתב ל- J.S. Henslow, הוא כתב על לילה בילה על ביגל במהלך סופת רעמים,

הכול היה בלהבות, השמים עם הברקים, המים עם חלקיקים זוהרים, ואפילו התרנים עצמם הצביעו בלהבה כחולה.

מבחינה מדעית, תופעה זו ידועה בשם "פריקה של קורונה" או "פריקה נקודתית". היא יכולה, ולרוב מתרחשת, לקרות בקצה כל משטח מוליך במהלך סופות רעמים. זה ניתן לראות על גבי צמרות של כנסיית הכנסייה, מוטות בהבה, קצות מדחפי מטוסים וכנפיים, ואפילו להבי דשא וקרניים על בקר!

בנג'מין פרנקלין היה הראשון לתאר פחות או יותר את התופעה כחשמל באטמוספרה בשנת 1749. הוא חשב ש"האש "היא הדרך שבה מוטות הברקה" ימשכו "את החשמל של סופת רעמים לאט לפני שיבנו כמות מספקת כדי ליצור שביתה.

א קורונה יכול ליצור כאשר הפוטנציאל של שדה חשמלי (במקרה זה את האווירה במהלך סופת רעמים) הוא חזק יותר מאשר התנגדות (במקרה זה מוטות מוליך מחודד) של כל מדיום החשמל (אלקטרונים) יזרמו דרך. מבחינה מדעית, זה ידוע בשם חוק החשמל של אוהם שווה למתח המחולק בהתנגדות.

אז למה זה קורה במהלך סופות רעמים, ומדוע זה קורה בקלות רבה יותר עם חפצי מתכת מחודדים?

במילה אחת (או שתיים במקרה זה): שיווי משקל אלקטרוסטטי. שיווי משקל אלקטרוסטטי הוא מצב טבעי שבו מנצח טעון (כמו במקרה של תורן של ספינה) יהיה עודף המטען שלה מרחק שווה בכל רחבי. הסיבה לכך היא כי יש כוחות דוחה שווה לפעול על זה בכל החומר. ביסודו של דבר, כל האלקטרונים הנמצאים בחומר ירחיקו את עצמם באופן שווה בכל מקום, משום שהם דוחים זה את זה. זה חשוב לציין כאשר מדובר מנצחים מחודדים, כמו תורן של הספינה, ואת השדות החשמליים שלהם.

שדות חשמליים תמיד יש כוח שלהם מכוונים לחלוטין בניצב על פני השטח של המנצח. במקרה של מנצח שטוח, פירוש הדבר שהכוח מופעל כלפי מטה. זה בגלל זה כי המנצח מחודד יהיה יותר אלקטרונים, ולכן תשלום נוסף, על קצה זה.

אם אתה לוקח שני מגנטים ומניחים אותם על משטח שטוח, הם יכולים להדוף זה את זה מרחק מסוים. אם אתה לכופף כי משטח תלת מימדי שטוח עושה את נקודת המרכז בין שני מגנטים את קצה, תוכל להחליק את המגנטים כלפי קצה, וכך קרוב יותר אם פני השטח היו שטוחים. הסיבה לכך היא הכוח הדוחה מוחל הרחק מן פני השטח ולא על מגנט היריב. המשטחים המעוקמים משמשים כמעין מבודדים, ולא מאפשרים לכוח לזרום דרכו ומשפיעים על המגנט בצד השני. התוצאה היא תשלום נוסף על כל משטח מעוקל של מנצח שיווי משקל אלקטרוסטטי. הנקודה החדה יותר, כך בולטת התוצאה.

אני יודע מה אתה חושב. למה לא האלקטרונים מסתובב סביב האטומים של הפנים של המנצח לגרום האלקטרונים להתפשט הלאה ולכן לא מאפשר הצטברות של אלקטרונים על פני השטח מעוקל?

התשובה היא עוד שאלה של שיווי משקל אלקטרוסטטי. הדבר המדהים בהאשמת המוליך הוא שהמטען כולו קיים רק על פני החומר ולא בתוכו. קווי השדה החשמלי ישתרעו רק מפני השטח ולא פנימה. אם היה כוח שהיה קיים בתוך פני השטח, אז האלקטרונים היו צריכים עדיין לנוע סביב בתגובה לכוח הזה ולכן לא להיות שיווי משקל. מאז הם כבר שיווי משקל, התוצאה היא כל תשלום קיים על פני השטח. זו תופעה זו המאפשרת למדענים בכל מקום לעמוד ללא פגע בתוך כלוב מתכת (כלוב פאראדיי), בעוד הברקים מאירים עם מיליוני וולט לפצח סביבם.

אז עכשיו שאנחנו יודעים חומרים מוליכים יהיה תשלום עודף על משטחים מעוקלים שלהם, בוא נדבר על למה סופות רעמים לגרום אש של סנט אלמו.

כאמור, מנצחים יש שדות חשמליים ספציפיים. גזים יכולים להיות גם שדות חשמליים. במקרה זה, הגז הוא האוויר שאנו נושמים. כאשר האווירה רגועה, בזמנים של מזג אוויר טוב, כוח השדה החשמלי שלה הוא בערך 1 וולט לסנטימטר (תלוי באיפור המדויק של האוויר הנוכחי).כאשר סופת רעמים מתחילה להרכיב, כוח השדה החשמלי יתחילו לעלות וימשיכו לעשות זאת עד שיגיע לכ -10 אלף וולט לסנטימטר. בערך בשלב זה, תקבל שביתה הברקה. זה בחלון זה של כוח שדה מוגבר מעל לנורמלי ולפני שביתת ברק, כי אתה עלול לראות אש של סנט אלמו.

אז עכשיו בואו לשים את מה שאנחנו יודעים על שיווי משקל אלקטרוסטטי ועל מה שאנחנו יודעים על הגדלת שדות חשמליים של סופות רעמים ולדבר על למה הם לגרום קורונה.

עננים, במקרה זה ענן comulonimbus, נוטים להיות כמויות עודפות של חיוב חיובי על צמרות ומטען שלילי בתחתית. בעוד המדענים עדיין מתווכחים על האופי המדויק של הסיבה לכך, התיאוריה השכיחה ביותר היא כי היא תוצאה של שני תהליכים.

הראשון הוא כי עננים מכילים אינספור מספרים של טיפות מים תלויים קרח מתערבל. כאשר מתאדים את מי התהום מגיעים לענן, האלקטרונים נאלצים להתרחק מהטיפה העולה טעונה חיובית, ומשאירים מטען שלילי בתחתית הענן.

המנגנון השני קשור לקרח. כאשר המים המתנדפים עולים, הוא יכול לקפוא בגובה רב יותר. אשכול הקרח יהיה נוטה להיות שלילי טעון למרכז שלה. כמו מערבולת הקרח סביב הענן, החלקים החיצוניים, טעונים חיובי יותר נשארים לכיוון החלק העליון, ואת מנות קפוא כי הם טעונים שלילי יותר ישקע לתחתית. התוצאה של שני תהליכים אלה משאירה מטען שלילי גובר כלפי מטה. זה משנה במקרה של האש של סנט אלמו בגלל איך זה להגדיל את החיוב השלילי משפיע על פני כדור הארץ.

בדרך כלל האוויר סביב ענן מספיק של מבודד כדי לשמור על זאוס וברגליו הברקים במפרץ. במקרה של רעמים, כמו המטען מן הענן עולה, כוח השדה שלה גם עולה. זה יכול ליינן את האוויר סביבו מה שהופך אותו מוליך יותר. ככל שהאלקטרונים העודפים מקרקעית הענן מתחילים לטוות את דרכם מטה דרך האוויר המוליך ההולך וגובר, הוא מאלץ את האלקטרונים על פני כדור הארץ (או כל חפץ הקשור לאדמה, כמו מבנה או תורן ספינות). התוצאה היא גידול הולך וגובר של חיוב חיובי על חלקים מוגבהים של כדור הארץ, כמו מוט ברק.

באמצעות שיווי משקל אלקטרוסטטי כמבשר, אנו יכולים לראות כי אובייקט עם קצה מחודד יהיה ריכוז גבוה יותר של מטען חיובי מאשר אובייקט שאין לו קצה מחודד. בסופו של דבר, את הטעינה חיובי חיובי מגיב עם האווירה הגוברת שלילית טעונה זרם חשמלי מיוצר.

בדרך כלל תהליך זה יהיה בלתי נראה. במקרה של קורונה (לא, לא בירה), כאשר הפוטנציאל של השדה החשמלי חזק מספיק (כמו בחלק העליון של תורן ספינה), האלקטרונים יכולים להיות קרועים מהמולקולות שלהם. אם אלקטרון זה יכול לקבל מספיק אנרגיה כדי להימנע מלהיקלט על ידי מולקולה קרובה (כמו מתחושת השדה החשמלית הגוברת או הפוחתת של ענן הסערה והאוויר הסובב אותה), התוצאה היא אלקטרונים חופשיים, אשכולות יון טעונים בחיוב (ב על פני השטח של תורן הספינה) ועל האוויר הסובבים, כולם מתנגשים זה בזה בצורה של חומר המכונה פלסמה. פלזמה יהיה פלואורס עם אור נותן חיים סנט אלמו ו "אש" שלו!

צבע זוהר הפלזמה יהיה תלוי בסוג הנוכחי של הגז. מאז האוויר שלנו מורכב בעיקר חנקן וחמצן, זה יהיה זוהר כחול / סגול.

בסופו של דבר, סנט אלמו ואת אש כחול סגול מדהים שלו הוא רק תוצאה של שיווי משקל אלקטרוסטטי של המנצח להיות מושפע על ידי הגדלת פוטנציאל שדה חשמלי שנוצרו על ידי רעם. או כמו בן פרנקלין אמר "חשמל אטמוספרי".