Fulger

De la Wikipedia, enciclopedia liberă.
Salt la navigare Salt la căutare
Notă despre dezambiguizare.svg Dezambiguizare - Dacă sunteți în căutarea altor semnificații, consultați Fulger (dezambiguizare) .
Trăsnetul trece pe cer peste Toulouse

În meteorologie , fulgerul (numit și fulger sau fulger ) este un fenomen atmosferic legat de electricitatea atmosferică care constă dintr-o descărcare electrică mare care se stabilește între două corpuri cu o diferență mare de potențial electric . [1]

Cele mai ușor de observat fulgere sunt cele dintre nor și sol , dar descărcările dintre doi nori (fulger) sau în același nor (fulger) sunt, de asemenea, frecvente. Mai mult, orice obiect suspendat în atmosferă poate declanșa fulgere: de fapt, au fost observate fulgere între nor, avion și sol . Un caz particular este așa-numitul fulger de minge de la sol, încă în curs de studiu și cercetare.

Condițiile ideale pentru dezvoltarea loviturilor de trăsnet sunt norii cumulonimbus tipici furtunilor , dar au fost observate fulgere chiar și în timpul furtunilor de nisip , viscolelor de zăpadă și norilor de cenușă vulcanică . [2] Un caz particular și rar este cel legat de așa-numita furtună de fulgere sau secvențe neîntrerupte de fulgere la o distanță foarte mică una de cealaltă (câteva secunde) pentru o durată totală de până la o oră.

Datorită marii puteri eliberate, acestea reprezintă o amenințare la adresa siguranței umane, deși prezintă riscuri mai mici decât multe alte fenomene. O reprezentare stilizată a acestora este adesea utilizată în iconografia mitologică și heraldică .

Descriere

Fenomenul electric

În timpul unei furtuni, mai multe fulgere lovesc Turnul Eiffel din Paris , care acționează ca un paratrăsnet
Fulgerele nor-la-nor și nor-la-mare au avut loc în Zwickau , Germania , în vara anului 2005
Fulgerele au izbucnit în Marea Adriatică în largul Polignano a Mare ( Bari ) în vara anului 2004
Fulger nor-pământ în 2015

Fulgerul este descris ca o singură descărcare, dar există cazuri foarte frecvente în care o serie de descărcări apar în succesiune rapidă. De obicei, intervalul de timp dintre un șoc și următorul poate varia de la 5 la 500 de milisecunde, iar seria generală poate dura până la 1,5 secunde.

Activitatea luminii conectată la descărcarea unui fulger se numește fulger , în timp ce expansiunea canalului ionizat în urma descărcării generează o undă de șoc foarte zgomotoasă, tunetul . Un observator îndepărtat vede fulgerul în mod vizibil înainte de a auzi tunetul, deoarece sunetul se deplasează cu o viteză mult mai lentă decât cea a luminii ( 1238 km / h aproximativ 300.000 km / s ) și, prin urmare, va percepe o întârziere de aproximativ trei secunde pentru fiecare kilometru. de distanță de trăsnet. Intensitatea curentului electric produs de fulgere variază de obicei între 10 și 200 kiloamp .

Mai precis, fulgerul este o coloană de gaz ionizat ( plasmă ), cu următoarele caracteristici fizice principale:

dimensiunea fizică valoare
curent electric 2-200 k A
temperatura electronica (starea termica a corpului) 50 000 K
diametrul coloanei de plasmă 2-4 cm
încărcare electrică totală 5-10 C
diferența de potențial 1-10 × 10 9 V

Ultima valoare (diferența de potențial peste fulger) depinde de lungimea acesteia: știind că potențialul de rupere dielectric al aerului este de 3000 V / mm, un fulger lung de 300 m va fi generat de o diferență de potențial de 300 × 3 × 10 6 = 9 × 10 8 10 9 V [ canalul de pre-descărcare scade potențialul de rupere dielectric ] . În realitate, marele pericol al trăsnetului se datorează, mai mult decât tensiunilor mari, curentului care curge în canalul de aer ionizat: de fapt, deoarece plasma este un excelent conductor de curent, permite curgerea curenților tipici de mii de amperi (considerați că aproximativ 20 mA sunt suficienți pentru a provoca daune fiziologice din cauza electrocutării ).

Tipuri de fulgere

Există patru tipuri diferite de fulgere:

  • Descrescător negativ , descărcarea pilotului are o sarcină negativă și începe de sus.
  • Descrescător pozitiv , descărcarea pilotului are o încărcare pozitivă și începe de sus.
  • Ascendent negativ , descărcarea pilotului are o sarcină negativă și începe de jos.
  • Ascendent pozitiv , descărcarea pilotului are o încărcare pozitivă și începe de jos.

Viteza este variabilă și depinde atât de condițiile de umiditate, cât și de diferența de potențial a descărcării, dar se deplasează între 40.000 și 50.000 km / s.

Interferență electromagnetică

Fulgerul generează un impuls electromagnetic puternic care provoacă interferențe în recepția semnalelor radio (în special cu modulația amplitudinii), până la frecvențe de câțiva MHz. Pulsul electromagnetic foarte puternic eliberat de fulgere poate deteriora ireversibil componentele electronice care funcționează la frecvență joasă. [ fără sursă ]

Emisia de raze gamma și generarea de antimaterie

Pictogramă lupă mgx2.svg Terrestrial Gamma Ray Flash .

Observațiile efectuate, începând cu anii nouăzeci, prin utilizarea telescoapelor spațiale (cum ar fi, de exemplu, Compton Gamma Ray Observatory , lansat în 1990), au relevat emisia neașteptată a radiației electromagnetice cu energie mai mare, chiar până la spectrul razelor. gamma : așa-numitul Flash Teren Gamma Ray ( TGF ). Aceste observații au dezvăluit existența unui fenomen neașteptat și destul de inexplicabil, care pune probleme serioase în teoria trăsnetului, mai ales atunci când au fost descoperite semne evidente ale producției de antimaterie în trăsnet [3] .

Cauze și formare

Evacuarea unui fulger este un tipic electrostatic fenomen foarte similar la nivel fizic și logic la cea a unei descărcări electrice , care are loc între două plăci ale unui plat condensator atunci când diferența de potențial dintre ele să nu depășească așa-numitul dielectric rezistența fizică mediu între ele, în acest caz aerul atmosferic ( model condensator ).

La nivel microscopic, descărcarea ar fi generată de particulele încărcate negativ prezente pe suprafața exterioară a norului, care sunt atrase de particulele pozitive prezente în sol. Prin urmare, se generează o diferență de potențial. Au fost studiate diverse cauze care includ perturbații atmosferice ( vânt , umiditate , frecare și presiune atmosferică ), dar și impactul particulelor din vântul solar și acumularea de particule solare. [4] Particulele de gheață din interiorul norului sunt, de asemenea, considerate a fi un element fundamental în dezvoltarea fulgerului, deoarece pot provoca separarea forțată a particulelor cu sarcini pozitive și negative, contribuind astfel la aprinderea descărcării electrice. [4]

Mecanismul de formare este de obicei următorul: un canal ionizat (numit canal de pre-descărcare ) începe din nor și avansează în aer în jos, deplasându-se la intervale cu avansuri rapide în ordinea a 50 de metri și pauze în ordinea a 50 de microsecunde, astfel încât viteza medie de avans rezultată să fie de aproximativ 1 metru / microsecundă. Când canalul ionizat, care pare slab luminos și are nereguli în traseu și ramificații, ajunge la punctul de contact cu solul (sau pe o linie electrică, de exemplu), un curent mare curge spre sol datorită descărcării aproape complete a canalul ionizat ( retur de descărcare ), care începe de la sol și se răspândește spre nor cu o viteză de aproximativ 10% - 30% din cea a luminii, făcând canalul fulgerului și ramurile sale considerabil luminoase. Este posibil să se reproducă fenomenul fizic al fulgerului cu echipamente precum electrofori , precum cel al lui Van de Graaff , deși controlul acestor descărcări electrostatice este limitat.

Pericol

Un corp lovit de fulgere este încălzit și curenții mari implicați pot, în funcție de caz, să-l aprindă sau să-l topească instantaneu; atunci când fulgerul se descarcă în apă, se poate vaporiza.

Când fulgerul lovește o persoană, vorbim de fulgere (în timp ce vorbim de electrocutare pentru a indica leziunile violente produse de descărcările electrice de la instalațiile industriale): într-o fracțiune de secundă, un fulger poate afecta creierul și opri bătăile inimii. Deoarece impulsul electric este, de asemenea, caracterizat prin frecvențe înalte [5] , o parte din curent curge pe exteriorul corpului, în special arzând pielea. Se estimează că peste o mie de oameni sunt loviți de fulgere în întreaga lume în decursul unui an.

Chiar dacă o persoană nu este lovită direct, fulgerul poate provoca daune grave. Unda de șoc poate afecta persoanele din apropiere, deplasându-le și uimindu-le. Dacă fulgerul lovește un copac, acesta explodează din cauza vaporizării bruște a sevei, aruncând așchii. A fi lovit de fulgere este un eveniment puțin probabil, dar nu foarte rar, dacă nu se iau măsuri de precauție adecvate atunci când poate apărea. Pentru a reduce riscurile, se folosesc paratrăsnetele .

Imagine generală a fenomenelor electrice din atmosferă

Descărcările electrice sunt atrase de prezența materialelor conductoare sau a energiei în diferitele sale forme și, cu același material, tind să se concentreze pe vârfuri . De fapt, densitatea sarcinii electrice (raportul dintre sarcina corpului și suprafața sa) măsurabilă într-un material conductor este maximă la vârfurile și marginile sale, unde particulele electrice libere tind să se concentreze, deoarece sarcina q este constantă, deoarece suprafața S a corpului scade, densitatea sarcinii crește: pe baza acestui principiu funcționează paratrăsnetul.

Casa și, în general, locurile interioare constituie un adăpost sigur în caz de furtună. În interior se recomandă:

  • Evitați utilizarea echipamentelor conectate la rețeaua de energie electrică și non fără fir fixe telefoane ; [6] [7]
  • Evitați atingerea elementelor metalice, cum ar fi țevile și părțile metalice ale ușilor și ferestrelor; [8]
  • Evitați să faceți duș, să spălați vasele și, în general, să intrați în contact cu apa; [9]
  • Păstrați o distanță de câțiva metri de uși și ferestre. [6] [7]

În interior, telefoanele mobile sunt sigure de utilizat, deoarece câmpul lor electromagnetic este prea slab pentru a atrage semnificativ fulgerele. [10] [11]

Mașinile și avioanele sunt aproape sigure, deoarece sunt o cușcă Faraday și, prin urmare, izolează mediul intern de câmpurile electrostatice prezente în afara lor.

În absența unui spațiu închis, cea mai sigură poziție este aceea în care sunteți aplecați pe genunchi, fără să stați în picioare sau să vă întindeți pe pământ, evitând să fiți în grup cu alte persoane. Apropierea elementelor proeminente, cum ar fi copacii și stâlpii și contactul cu mase de apă, cum ar fi marea și lacurile, este o sursă de risc. Corpul uman este el însuși un conductor electric: din acest motiv poziția îndoită pe genunchi și izolată de celelalte este cea care minimizează suprafața conductoare și de schimb de căldură care ar putea atrage fulgerul [9] .

In istorie

Prima fotografie a fulgerului, făcută de William Nicholson Jennings la 2 septembrie 1882 în Philadelphia . Imprimare gelatină argintie. Institutul Franklin, Philadelphia. [12]

În religia și mitologia multor popoare, entitatea supremă sau divinitatea unui panteon politeist a fost concepută în strânsă legătură cu cerul și cu manifestările meteorologice : inclusiv cea a fulgerului, al cărui nume coincide uneori cu cel al divinității. În religiile politeiste este de multe ori principalul atribut al zeități suverane , cum ar fi: Zeus , Jupiter , Teshup hitiților, germanic Thor și Perun a vechii slavi . [13] Chiar și în mitologia și credința evreiască se crede că Domnul Dumnezeu își aruncă săgețile din pavilionul său, așa cum afirmă Iov și versetele cărții Psalmilor , scrisă mai ales de regele David .

Credința că acest fenomen a fost un eveniment divin a supraviețuit în religiile monoteiste până în secolul al XVIII-lea, când Benjamin Franklin a inventat paratrăsnetul , arătând că dinamica legată de acesta era lipsită de orice voință și scop. [14]

Notă

  1. ^ NGDC - NOAA, Fulger vulcanic , la ngdc.noaa.gov , Centrul Național de Date Geofizice - NOAA.
  2. ^ Furtună cu fulgere pe vulcanul Etna , pe wead.it. Adus la 13 noiembrie 2017 (arhivat din original la 13 noiembrie 2017) .
  3. ^ Semnătura antimateriei detectate în fulgere - Știri științifice. Arhivat 17 noiembrie 2012 la Internet Archive. Sciencenews.org (2009-12-05). Adus pe 23.06.2012.
  4. ^ A b Monitorizarea Pământului în cavitatea Pământ-ionosferă , pe proiectomem.it.
  5. ^ (EN) John G. Webster, Măsurarea electrică, procesarea semnalului și afișajele , CRC Press, 2003, pp. 29-4, ISBN 0-8493-1733-9 . Adus pe 5 iulie 2009 .
    "Fulgerul are o frecvență echivalentă de aproximativ 300 kHz pe baza unui timp de creștere de 1 µs" .
  6. ^ a b NWS Lightning Safety , la www.erh.noaa.gov . Adus la 9 iulie 2015 (arhivat din original la 4 august 2015) .
  7. ^ a b Fapte flash despre fulger , la news.nationalgeographic.com . Adus pe 9 iulie 2015 .
  8. ^ Detalii Ce trebuie făcut hidrogeologic | Departamentul Protecției Civile , pe www.protezionecivile.gov.it . Adus pe 9 iulie 2015 .
  9. ^ a b Pagina de pornire NWS Lightning Safety , la www.lightningsafety.noaa.gov . Adus la 9 iulie 2015 (arhivat din original la 9 iulie 2015) .
  10. ^ NASA Chat: Stăpânirea unei conversații despre fulger , la nasa.gov . Adus pe 9 iulie 2015 .
  11. ^ NWS JetStream - Întrebări frecvente despre fulgere , la www.srh.noaa.gov . Adus pe 9 iulie 2015 .
  12. ^ (EN) Laura Turner Igoe, Capturing "Jove's Autograph": Lightning and Electrical Photography Late-Century XIX - Panorama: Journal of the Association of Historians of American Art , on editions.lib.umn.edu. Adus la 4 decembrie 2020 .
  13. ^ fulger în Enciclopedia Treccani , pe www.treccani.it . Accesat la 6 februarie 2018 .
  14. ^ (EN) William Grimes, Franklin, Paratrasnetul cunoscut în întreaga lume , în The New York Times, 16 august 2005. Accesat la 6 februarie 2018.

Elemente conexe

Alte proiecte

linkuri externe

Controlul autorității Tesauro BNCF 12825 · LCCN (EN) sh85076931 · GND (DE) 4124914-8 · BNF (FR) cb119444431 (data) · NDL (EN, JA) 00.564.812