Kas izraisa St Elmo uguni

2024 Autors: Sherilyn Boyd | [email protected]. Pēdējoreiz modificēts: 2023-12-16 09:37

Šī parādība var izsekot tās nosaukumam atpakaļ uz itāļu svēto "Sant" Ermo "vai" Sv. Erasmus "ap 300 A.D., Vidusjūras jūrnieku agrīnais svētais. Šis spīdums parasti parādījās uz kuģa mastu virsotnēm pērkona negaisa laikā. Vispārējā māņticība bija tāda, ka, ja parādījās St Elmo, tas bija labs pamats un atbilde uz jūrnieka lūgšanām, jo vardarbīgās jūras sāks mirt un virszemes vēji nomierināsies. Ja viņš (uguns mirdzums) parādās labu laika apstākļu laikā, tika teikts, ka St Elmo vadošā rokas bija brīdinājums par vētru.

Charles Darwin pat rakstīja par šo fenomenu vēstulē J.S. Henslovs, viņš rakstīja par nakti, kas pavadīta uz Beagle pērkona negaisa laikā

Viss bija liesmās, debesīs ar zibens, ūdens ar gaismas daļiņām un pat pašas mastikas bija norādītas ar zilu liesmu.

Zinātniski šī parādība ir pazīstama kā "koronālas noplūdes" vai "punktveida izlāde". To var un parasti notiek jebkuras vadošās virsmas galā pērkona negaisa laikā. To var redzēt uz baznīcas smailes galotnēm, apgaismojuma stieņiem, lidmašīnas dzenskrūšu un spārnu galiem un pat zāliena asmeņiem un liellopu ragiem!

Benjamin Franklins bija pirmais, kas vairāk vai mazāk pareizi raksturo fenomenu kā atmosfēras elektrību 1749. gadā. Viņš domāja, ka "uguns" bija veids, kā apgaismošanas stieņi lēnām "izvilka" pērkona negaisa elektrību, pirms tā izveidoja pietiekamu daudzumu, lai izveidotu streiku.

Krona var veidoties, ja elektriskā lauka potenciāls (šajā gadījumā atmosfēra pērkona negaisa laikā) ir spēcīgāka nekā jebkura vidēja pretestība (šajā gadījumā - smailie vadošie stieņi), kurā plūst elektrība (elektroni). Zinātniski tas ir pazīstams kā Oma likums - elektriskā strāva ir vienāda ar spriegumu, kas dalīts ar pretestību.

Tātad, kāpēc tas notiek pērkona negaisa laikā un kāpēc tas notiek vieglāk ar smailiem metāla priekšmetiem?

Ar vienu vārdu (vai divi šajā gadījumā): elektrostatiskais līdzsvars. Elektrostatiskais līdzsvars ir dabisks stāvoklis, kurā uzlādēts vadītājs (tāpat kā gadījumā ar kuģa mastu) vienlaikus būs vienāds ar lieko izmaksu attālumu. Tas ir tāpēc, ka tam visā materiālā ir vienādi atgrūšanas spēki. Būtībā visi materiālā esošie elektroni vienmērīgi attālināsies vienlaikus, jo tie visi atduras viens otram. Tas ir svarīgi atzīmēt, ja runa ir par smailiem vadītājiem, piemēram, kuģa mastu un to elektriskajiem laukiem.

Elektriskie lauki vienmēr būs to spēki, kas novirzīti pilnīgi perpendikulāri vadītāja virsmai. Plakana vadītāja gadījumā tas nozīmē, ka spēks tiek pielietots uz leju. Tas ir tādēļ, ka smailajam vadītājam būs vairāk elektronu, un tāpēc vairāk maksas, tā tip.

Ja jūs uzņemat divus magnētus un novietojat tos uz līdzenas virsmas, tie var atstāt viens pret otru noteiktā attālumā. Ja jūs saliekat trīsdimensiju plakanu virsmu, kas veido centrālo punktu starp abiem magnēta galiem, jūs spēsiet bīdīt magnētus uz galu un tādējādi tuvināties, ja virsma ir plakana. Tas ir tāpēc, ka atgrūžošais spēks tiek novadīts prom no virsmas, nevis pretējā pretējā virzienā. Izliekamās virsmas iekšdurvis darbojas kā izolators, neļaujot tam plūst spēks, kas ietekmē magnētu otrā pusē. Rezultāts ir vairāk uzlādēts uz jebkura izliekta dzīslas virsma elektrostatiskā līdzsvara stāvoklī. Jo asāka ir punkts, jo izteiktāks ir rezultāts.

Es zinu, ko tu domā. Kāpēc elektroni, kas rotē ap vadītāja interjera atomus, neļauj elektroniem tālāk izkliedēt un tādējādi nepieļaut elektronu uzkrāšanos uz izliektās virsmas?

Atbilde ir vēl viena truismu, kas saistīta ar elektrostatisko līdzsvaru. Pārsteidzošā lieta par diriģenta uzlādi ir tā, ka visa maksa pastāv tikai materiāla virsmai, nevis tajā. Elektriskās strāvas līnijas izstāsies tikai no virsmas, nevis uz iekšu. Ja virsmas laikā pastāvēja spēks, tad elektroniem vajadzētu turpināt kustēties, reaģējot uz šo spēku, un tādējādi nebūt līdzsvarā. Tā kā tie jau atrodas līdzsvarā, rezultāts ir visa maksa, kas pastāv uz virsmas. Tā ir šī parādība, kas ļauj zinātnes geeksi visur nonākt nekaitē metāla būrī (Faraday būris), savukārt apgaismojošās skrūves ar miljoniem voltu šļūdošanu ap tiem.

Tāpēc tagad, kad mēs zinām, ka vadošie materiāli ir lieki piepildījušies to izliektajās virsmās, parunāsim par to, kā pērkona negaiss izraisa St Elmo uguni.

Kā minēts iepriekš, vadītājiem ir specifiski elektriskie lauki. Gāzēm var būt arī elektriskie lauki. Šajā gadījumā gāze ir gaiss, ko mēs elpojam. Ja atmosfēra ir mierīga, labu laika apstākļu laikā tā elektriskā lauka intensitāte ir aptuveni 1 volts uz centimetru (atkarībā no tā, cik precīzi veido gaisu).Kad sāk veidoties pērkona negaiss, elektriskā lauka intensitāte sāks palielināties un turpinās to darīt, līdz sasniegs aptuveni 10 tūkstošus voltu uz vienu centimetru. Ap šo punktu jūs saņemsiet gaišāku streiku. Tas ir šajā paaugstinātā lauka intensitātes logā virs normālas un pirms apgaismojuma streika, ka jūs varētu redzēt St Elmo uguni.

Tātad tagad pieņemsim to, ko mēs zinām par elektrostatisko līdzsvaru, un to, ko mēs zinām par pieaugošajiem pērkona negaisa elektriskajiem laukiem, un runājam par to, kāpēc tie rada kronu.

Mākoņiem, šajā gadījumā kumulonimbiem mākonim, parasti ir pārāk liels pozitīvs uzlādes līmenis virsotnēs un negatīvs lādiņš apakšā. Kaut arī zinātnieki joprojām strīdas par precīzu raksturu, kādēļ tā ir, visbiežāk izņēmuma teorija ir tā, ka tas ir divu procesu rezultāts.

Pirmais ir tas, ka mākoņi satur neskaitāmu skaitu suspendēto ūdens pilienu un ledus pagriežas apmēram. Kad iztvaicējas grunts ūdens nonāk mākonī, elektroni tiek izspiesti no pozitīvi uzlādējamā pieaugošā piliena, atstājot negatīvu lādiņu mākoņa apakšā.

Otrais mehānisms ir saistīts ar ledus. Kad iztvaikojošais ūdens paceļas, tas var sasaldēt lielos augstumos. Ledus kopas tendence kļūt negatīvi piesaistīta tās centram. Kad ledus virsta ap mākoņu, ārējās, vairāk pozitīvi uzlādējušās daļas tiek atstātas uz augšu, un saldētās daļas, kas ir vairāk negatīvi uzlādētas, nokritīsies uz leju. Šo divu procesu rezultātā rodas arvien negatīvs lēns uz leju. Tas attiecas uz St Elmo uguni, jo šis pieaugošais negatīvs lādiņš ietekmē zemes virsmu.

Parasti gaisa pāri mākonim ir pietiekami daudz no izolatora, lai saglabātu Zeusu un viņa apgaismošanas skrūves līcī. Pērkona negaisa gadījumā, pieaugot maksai no mākoņa, tā lauka intensitāte palielinās. Tas var jonizēt apkārt esošo gaisu, padarot to daudz vadošāku. Tā kā liekie elektroni no mākoņa dibena sāk tecēt ceļu uz leju caur aizvien pieaugošo vadošo gaisu, tas piespiež elektronus uz zemes virsmas (vai jebkuru objektu, kas piestiprināts pie zemes, tāpat kā ēka vai kuģu masts) prom. Rezultātā palielinās pozitīvs uzlādes līmenis uz paaugstinātām zemes daļām, piemēram, apgaismojuma stienis.

Izmantojot elektrostatisko līdzsvaru kā prekursoru, varam redzēt, ka objektam ar smailu galu būtu relatīvi lielāka pozitīva lādiņa koncentrācija nekā objektam, kuram nav smaila gala. Galu galā pozitīvi uzlādēts gals reaģē ar pieaugošo negatīvi slodzes atmosfēru un tiek ražota elektriskā strāva.

Parasti šis process būtu neredzams. Korona (nē, nevis alus) gadījumā, kad elektriskā lauka potenciāls ir pietiekami spēcīgs (piemēram, kuģa masta augšpusē), no molekulām var tikt izpostīti elektroni. Ja šis elektrons var iegūt pietiekami daudz enerģijas, lai izvairītos no tuvās molekulas uzņemšanas (piemēram, no vēja mākoņa un tā apkārt esošā gaisa pieaugošā vai samazinošā elektriskā lauka stipruma), rezultāts ir brīvie elektroni, pozitīvi lādētas jonu kopas (pie kuģa masta virsma) un apkārtējais gaiss, visi saskaroties viens ar otru tādā formā, kas pazīstams kā plazma. Plazma fluorescēs ar gaismu, kas dos dzīvību St Elmo un viņa "uguns"!

Plazmas spīduma krāsa būs atkarīga no esošās gāzes veida. Tā kā mūsu gaisu veido galvenokārt slāpeklis un skābeklis, tas mirdz zilā / violetā krāsā.

Galu galā St Elmo un viņa pārsteidzošais zilā / violeta uguns ir tikai elektriskais elektriskais līdzsvars, ko ietekmē strāvas palielinātais elektriskā lauka potenciāls. Vai arī Ben Franklins teica: "atmosfēras elektrība."