صاعقه چیست ؟

صاعقه چیست ؟

صاعقه یکی از انواع تخلیه الکتریکی می باشد. این پدیده به دلیل صدماتی که می تواند به انسان، ساختمان ها، تجهیزات و حیوانات وارد نماید، حائز اهمیت است.

از طرف دیگر این پدیده به خودی خود نیز جذاب و زیباست.

برای پیدایش این پدیده طبیعی دو عامل نقش اساسی دارند. یکی عامل حرکت هوا خصوصا از سطح زمین به طرف بالا می باشد و دیگری وجود رطوبت هست.

حرکت هوا یا باد به طرف بالا ممکن است ناشی از گرم شدن سطح زمین بر اثر تابش آفتاب بوده یا به دلیل حرکت لایه های هوا در جهت افقی یا صعود آنها در دامنه کوه باشد. رطوبت هوا ممکن است در اثر تبخیر آب در سطح زمین و یا نفوذ هوای مرطوب جانبی باشد.

هوای گرم و مرطوب در حین صعود با هوای سردی که از طرف بالا به سمت پایین می آید در تماس بوده و سرد می شود. ضمن آنکه به دلیل کاهش فشار در ارتفاعات نیز درجه هوا پایین می آید. وقتی درجه هوا به حد معینی برسد، هوا از رطوبت اشباع می شود. با سرد شدن بیشتر هوا، بخار آب به صورت قطرات ریز آب در آمده باعث ایجاد ابر می گردد.

حرارت تقطیر آب، به هوا برگردانده می شود و در نتیجه سرعت سرد شدن هوا کند شده و لذا هوا کماکان به صعود خود ادامه می دهد. به این ترتیب ابر کومولوس یا ابر پشته ای به وجود می آید که از نزدیک زمین تا ارتفاع 6 الی 8 کیلومتر صعود می نماید. در این ارتفاع ابر به همه جهات نفوذ کرده و به صورت یک چتر در می آید. ضمن آنکه بر اثر جریان باد افقی ممکن است تنها در یک جهت نفوذ نماید. در صورتی که درجه حرارت هوا به صفر برسد، آب منجمد می شود و به صورت ذرات یخ در می آید. یخ به شکل های برف یا تگرگ نزول می نماید.

در طول مدت پدید آمدن تا از بین رفتن ابر کومولوس، به علت حرکت هوا که گاهی سرعتی نزدیک به 70 کیلومتر در ساعت ( حدود 20 متر در ثانیه) را دارا می باشد و نیز به دلیل وجود ذرات یخ و قطرات باران، بارهای الکتریکی مثبت و منفی از یک دیگر جدا می شوند و در نتیجه ابر باردار می گردد.

شکل 1 تقسیم بارهای الکتریکی در داخل چنین ابری را نشان می دهد. مقداری بار مثبت همراه با باران به زمین می آید. از سوی دیگر بارهای مثبت در قسمت بالای ابر و بارهای منفی در قسمت پایین ابر جمع می شوند. در بعضی از نواحی در قسمت پایین نیز بارهای مثبت به وجود می آیند.

این خلاصه ای بود از پدیده هایی که در درون یک ابر کومولوس شکل می گیرد. ولی هنوز دلیل جدا شدن بارهای مثبت و منفی دقیقا مشخص نیست. آنچه مشخص است در طول زمان به وجود آمدن ابر کومولوس، تحت شرایطی بارهای مثبت و منفی از یکدیگر جدا می شوند. وجود یک میدان یک میدان الکتریکی بین یونیسفر (ionosphere) و زمین و پولاریزه شدن قطرات آب از دلایل این امر شناخته شده اند. زمین دارای بار منفی است. لذا بر اثر پولاریزاسیون، بار الکتریکی مثبت در قسمت پایین قطرات آب و بار الکتریکی منفی در قسمت بالای قطرات قرار می گیرند. این قطرات ریز آب که همراه باد به طرف بالا در حرکت هستند، در طول حرکت خود با ذرات یخ در تماس قرار میگیرند. در نتیجه ذرات یخ، بار الکتریکی منفی در قسمت بالای قطرات ریز آب را گرفته و به همراه خود به طرف پایین می آورند و در نتیجه قطرات آب دارای بار مثبت می شوند و در بالای ابر بار الکتریکی مثبت جمع می گردد. به هر صورت بارهای الکتریکی در چنین ابری از یکدیگر جدا می شوند. در نتیجه بین قسمت های مختلف ابر صاعقه به وجود می آید و بین قسمت پایین ابر و زمین نیز صاعقه ملاحظه می گردد.

صاعقه چگونه شکل میگیرد ؟

برای شروع و شکل گرفتن صاعقه لازم است شدت میدان الکتریکی در یک نقطه به چندین کیلوولت بر سانتی متر برسد. در این صورت هوا در این میدان الکتریکی قوی یونیزه می شود و یک مسیر هادی نسبتا کوتاه در اطراف این نقطه به وجود می آید. از آنجا که بارهای الکتریکی هم علامت یکدیگر را دفع می کنند، قسمتی از بارالکتریکی از این مسیر هادی عبور کرده و در قسمت جلو آن جمع می شود. در این حالت میتوان تصور کرد یک سر میله هادی وارد ابر شده و سر دیگر آن خارج از ابر آزاد می باشد. وجود بارهای الکتریکی جمع شده در انتهای این مسیر هادی، باعث به وجود آمدن شدت میدان الکتریکی قوی در انتهای آن می گردد. در نتیجه هوای اطراف این نقطه یونیزه شده و مسیر هادی قدری طولانی تر می شود.پیشرفت مسیر هادی یا کانال هادی با سرعت متوسط 300 کیلومتر در ثانیه می باشد. ولی این پیشرفت یک نواخت نیست. بلکه صاعقه مقداری از مسیر را با سرعت بیشتر طی کرده و بعد برای مدتی متوقف می گردد و این عمل چندین بار تکرار می شود.

بعد از آنکه این کانال هادی به حد کافی به زمین نزدیک شد، میدان الکتریکی در قسمت های بالای اجسام نوک تیز بر روی زمین، نظیر درختان یا ساختمان ها و دکل های بلند، افزایش یافته و هوا در این نواحی نیز یونیزه می گردد. و در نتیجه یک کانال هادی نیز از طرف زمین به سوی کانال هادی که از ابر تا نزدیک زمین امتداد یافته است، پیشرفت می نماید. سر انجام این دو کانال هم رسیده و از این مسیر بار الکتریکی ابر به زمین تخلیه می شود. نور و صدای شدید رعد و برق در این مرحله به وجود می آید. کانال هادی قبل از رسیدن به زمین و عبور جریان اصلی، نور کمتری را دارا می باشد. شکل 2 مراحل پیشرفت کانال به طرف زمین و یونیزه شدن هوا در نقاط مرتفع بر روی زمین نشان می دهد.

جالب توجه است که صاعقه در حین نزول، شاخه شاخه می شود و تمام شاخه ها پایین می آیند. ولی یک شاخه در نهایت با شاخه ای که از زمین صعود می نماید برخورد کرده از آن مسیر جریان بزرگی عبور می نماید. عبور این جریان اغلب چند بار متوالیا به فاصله زمانی چند ده میلی ثانیه از همین کانال تکرار می شود. با کمک یک دوربین گردان که دریچه آن باز شده است، تکرار صاعقه از همان مسیر قابل مشاهده است. در تکرار، جریان شاخهای فرعی از بین می روندزیرا از آنها جریان عبور نمی کند.

شکل 3 جریان های متوالی صاعقه و شکل 4 عکس صاعقه های متوالی، برداشته شده توسط دوربین گردان را نشان می دهد.

در مواردی ممکن است دو شاخه از صاعقه با هم به زمین برسند و مطابق شکل 5 دو کانال اصلی داشته باشیم. پیش بینی محل نزول صاعقه مشکل است ولی ارتفاع محل و مقاومت کم زمین اهمت دارند. گاهی در نوک میله برقگیر مواد رادیواکتیو قرار می دادند تا با یونیزه کردن هوا باعث نزول صاعقه در آن نقطه گردد.

مشخصات صاعقه :

صاعقه خطرات مختلفی را ایجاد می نماید و این خطرات به مشخصات صاعقه بستگی دارند. این مشخصات به منظور طراحی برقگیرها لازم می باشند.

برقگیر وسیله است که در بالای ساختمان ها و دودکش های بلند و مانند آنها که بیشتر در معرض اصابت برق آسمان می باشند نصب شده و مانع به وجود آمدن خطر جانی یا خطر آتش سوزی یا خراب شدن عایق دستگاه ها و اختلال در مدارهای الکترونیکی و کامپیوترها و غیره می گردد.

مهمترین مشخصات صاعقه عبارتند از :

• دامنه جریان صاعقه i
• شیب تغییرات جریان در طول زمان di/dt
• بار الکتریکی صاعقه
• انتگرال مجذور جریان 

توجه:هرگونه کپی برداری از مقاله با ذکر منبع و ارائه ی لینک مقاله بلامانع است.