Kas sukelia Šv. Elmo ugnį?

2024 Autorius: Sherilyn Boyd | [email protected]. Paskutinį kartą keistas: 2023-12-16 09:38

Šis reiškinys gali atskleisti savo pavadinimą atgal į italų šventąjį "Sant" Ermo "arba" St. Erasmus "apie 300 AD, ankstyvųjų Viduržemio jūros buriuotojų globėjas. Šis švytėjimas dažniausiai pasirodė ant laivų stiebų viršūnių per išskaidžiusių perkūnijos stadijas. Bendra prietarinė eiga buvo ta, kad, jei pasirodytų Šv. Elmo, tai buvo geras ženklas ir atsakas į buriuotojo maldas, kai smurtiniai jūros pradės mirti ir paviršiaus vėjai taps ramūs. Jei jis (ugningas švytėjimas) pasirodys gerų oro sąlygų metu, buvo pasakyta, kad "St Elmo" vadovaujanti ranka buvo įspėjusi apie audrą.

Charlesas Darvinas net rašė apie reiškinį laiške J.S. Henslovas, jis parašė apie naktį, praleistą Beagle per griaustinį

Viskas buvo liepsnos, danga su žaibu, vanduo su šviesos dalelėmis ir netgi labai stiebai buvo pažymėti mėlyna liepsna.

Moksliniu požiūriu šis reiškinys vadinamas "koronijos išleidimo" arba "taško išleidimo". Tai gali ir dažniausiai atsitinka bet kokio laidžio paviršiaus viršūnėje per perkūnijas. Tai matoma ant bažnyčios smailių viršūnių, apšvietimo strypų, lėktuvo sraigtų ir sparnų galų ir net žolių bei galvijų ragų!

Benjaminas Franklinas buvo pirmasis, kuris daugiau ar mažiau teisingai apibūdino reiškinį kaip atmosferos elektros energiją 1749 m. Jis manė, kad "ugnis" buvo būdas, kad apšvietimo strypai "ištrauktų" griaustinio elektros energiją lėtai, kol ji sukūrė pakankamai krūvio, kad susidarytų streiką.

Krona gali formuotis, kai elektros lauko potencialas (šiuo atveju atmosfera perkūnija) yra stipresnis už bet kokios terpės pasipriešinimą (šiuo atveju smailias laidines juostas), per kurią eina elektros (elektronai). Moksliškai tai vadinama Omo įstatymu - elektros srovė yra lygi įtampai, padalinta iš pasipriešinimo.

Taigi, kodėl tai vyksta per lietus, ir kodėl tai vyksta lengviau su smailiais metaliniais daiktais?

Vienu žodžiu (arba dviem šiuo atveju): elektrostatine pusiausvyra. Elektrostatinė pusiausvyra yra natūrali būklė, kai įkraunamas laidininkas (kaip ir laivo stiebo atveju) vienodai perduos pernelyg didelį kiekį. Taip yra todėl, kad visoje medžiagoje ji turi vienodas pasipriešinančias jėgas. Iš esmės visi elektronai, esantys medžiagoje, vienodai per atstumą, nes visi jie atstumia vienas kitą. Tai svarbu pažymėti, kai kalbama apie akivaizdžius laidininkus, pavyzdžiui, laivo stiebą ir jų elektrinius laukus.

Elektriniai laukai visada turi savo jėgą, nukreiptą visiškai statmenai laidininko paviršiui. Jei tai plokščias laidas, tai reiškia, kad jėga yra nukreipta žemyn. Būtent dėl to, kad smailas laidininkas turi daugiau elektronų, taigi ir labiau įkrautas.

Jei naudosite du magnetus ir padėkite juos ant plokščio paviršiaus, jie gali atskleisti vienas kitą tam tikru atstumu. Jei sulenksite, kad trijų matmenų plokščias paviršius sukurs centrinį tašką tarp dviejų magnetų, galą, galėsite pastumti magnetus link galo, taigi arčiau, jeigu paviršius bus plokščias. Taip yra todėl, kad atspari jėga nukreipta nuo paviršiaus, o ne priešingame magnete. Išlenkiami paviršiai vidaus veikia kaip rūšių izoliacija, neleidžiant jėgai tekėti per ją, veikiančią magnetą kitoje pusėje. Rezultatas yra didesnis už bet kurį iškraustą paviršių laidininko, esančio elektrostatinėje pusiausvyroje. Labiau aiškus taškas, tuo ryškesnis rezultatas.

Žinau, ką tu galvoji. Kodėl elektronai, besisukantys aplink laidų interjero aatomus, neleistų elektronams plisti toliau ir taip neleidžia elektronų kauptis ant išlenkto paviršiaus?

Atsakymas yra dar viena tiesa, susijusi su elektrostatine pusiausvyra. Nuostabus dalykas apie laidininko mokestį yra tas, kad visas mokestis yra tik medžiagos paviršiuje, o ne jame. Elektros lauko linijos išsiverčia tik nuo paviršiaus, o ne į vidų. Jei egzistuoja jėga, kuri egzistavo paviršiuje, elektronai vis tiek turėtų judėti, reaguodami į šią jėgą, taigi neturėtų būti pusiausvyros. Kadangi jie jau yra pusiausvyroje, rezultatas yra visas mokestis, esantis ant paviršiaus. Tai yra tas reiškinys, leidžiantis mokslininkams visur stovėti nesaugu metalo narvelyje ("Faraday" narvelyje), o aplink juos apšviesti varžtai su milijonais voltų.

Taigi, dabar, kai mes žinome, kad laidžios medžiagos turės pernelyg didelį krūvį jų išlenktuose paviršiuose, pakalbėkime apie tai, kodėl dėl Grundmigo ugnies sukelia pūstos.

Kaip minėta anksčiau, laidininkai turi specifinius elektrinius laukus. Dujos taip pat gali turėti elektrinius laukus. Šiuo atveju dujos yra oras, kurį kvėpuojame. Kai atmosfera yra ramus, gerų oro sąlygų metu jo elektrinis lauko stipris yra apie 1 voltas vienam centimetrui (priklausomai nuo to, kokia yra tiksli oro sudėtis).Kai pradeda formuotis griauna, elektros lauko jėga pradės didėti ir toliau tęsis iki maždaug 10 tūkstančių voltų vienam centimetrui. Apie tą tašką gausite apšvietimo smūgį. Tai didžiausias lauko stiprumo langas virš normalios ir prieš šviesos smūgį, kad galėtumėte pamatyti Šv. Elmo ugnį.

Taigi dabar paskelbsime tai, ką mes žinome apie elektrostatinę pusiausvyrą ir tai, ką mes žinome apie didėjančius elektros perversmo laukus ir kalbame apie tai, kodėl jie sukelia korona.

Debesys, šiuo atveju juodasis debesys, paprastai turi viršutinę teigiamo krūvio dalį viršūnėse ir neigiamą krūvį apačioje. Nors mokslininkai vis dar ginčija tikslų pobūdį, kodėl tai yra, labiausiai paplitusios teorijos yra tai, kad tai yra dviejų procesų rezultatas.

Pirmasis yra tas, kad debesyse yra daugybę suslėgtų vandens lašų ir ledas sukasi apie. Kai išgaruoja gruntinis vanduo pasiekia debesį, elektronai yra priversti eiti nuo teigiamai įkrauto pakėlimo lašelio, paliekant debesies apačioje neigiamą krūvį.

Antrasis mechanizmas susijęs su ledu. Kai išgaruojantis vanduo pakyla, jis gali užšalti didesniame aukštyje. Ledo klasteris taps neigiamai nusiteikęs link jo centro. Kai ledas sūkia aplink debesį, išorinės, labiau teigiamos įkrovos dalys paliekamos viršuje, o užšaldytos porcijos, kurios yra neigiamos įkrovos, nuskels į dugną. Šių dviejų procesų rezultatas palieka didėjantį neigiamą krūvį į dugną. Tai svarbu St Elmo ugnies atveju, nes šis didėjantis neigiamas krūvis paveikia žemės paviršių.

Paprastai ore aplink debesis yra pakankamai izoliacijos, kad Dzeusas ir jo apšvietimo varžtai būtų saugūs. Tuo atveju, kai lietaus debesys didėja, padidėja lauko stiprumas. Tai gali jonizuoti aplink jį aplink orą, todėl jis yra labiau laidus. Kadangi pertekliniai elektronai iš debesų apačioje pradeda pynimą žemyn per nuolat didėjantį laidžią orą, jėga elektronus ant žemės paviršiaus (ar bet kokių daiktų, esančių prie žemės, kaip pastatas ar laivo stiebas) toli. Rezultatas - didėjantis teigiamo krūvio padidėjimas žemės pakraščiuose, kaip apšvietimas.

Naudojant elektrostatinę pusiausvyrą kaip pirmtaką, matome, kad objektas su smailiu antgaliu turėtų santykinai didesnę teigiamo krūvio koncentraciją nei objektas, kuriame nėra smailaus galo. Galų gale teigiamas įkrovos antgalis reaguoja su didėjančia neigiamai įkrauta atmosfera ir susidaro elektros srovė.

Paprastai šis procesas būtų nematomas. Koronijos atveju (ne, ne alus), kai elektros srovės potencialas yra pakankamai stiprus (pavyzdžiui, laivo stiebo viršuje), elektronai gali būti suplydyti iš jų molekulių. Jei šis elektronas gali gauti pakankamai energijos, kad būtų išvengta netoliese esančios molekulės atsiradimo (pvz., Dėl audros debesies ir jo aptempto elektrinio lauko stiprumo ar mažėjimo), tai yra laisvieji elektronai, teigiamai įkraunamos jonų grupės (ne laivo stiebo paviršius) ir aplinkinis oras, visi susidūrę tarpusavyje forma, vadinama plazma. Plazma fluorescuoja šviesa, suteikianti gyvybę "St Elmo" ir jo "ugniai"!

Plazmos švytėjimo spalva priklausys nuo esamo dujų tipo. Kadangi mūsų orą sudaro daugiausia azotas ir deguonis, jis bus švyti mėlynos / violetinės spalvos.

Galų gale "St Elmo" ir jo nuostabi mėlynojo / violetinio ugnis yra tik elektromagnetinės pusiausvyros, kurią sukelia didėjantis elektros lauko potencialas. Arba Benas Franklinas sakė "atmosferos elektros energiją".