Apa yang Menyebabkan Kebakaran St Elmo

2024 Pengarang: Sherilyn Boyd | [email protected]. Diubah suai terakhir: 2023-12-16 09:39

Fenomena ini dapat mengesan namanya kembali kepada saint Itali "Sant 'Ermo" atau "St. Erasmus "sekitar 300 A.D., pelindung saintis pelayar Mediterranean awal. Cahaya ini cenderung untuk muncul di bahagian atas tiang kapal semasa tahap menghantui ribut petir. Pepatah umum pergi bahawa jika St Elmo muncul, ia adalah petanda yang baik dan jawapan kepada doa pelaut, kerana laut ganas akan mati dan angin permukaan akan tenang. Sekiranya dia (cahaya bersinar) muncul pada waktu cuaca yang baik, dikatakan bahawa tangan pembimbing St Elmo memberi amaran kepada badai.

Charles Darwin juga menulis tentang fenomena itu dalam surat kepada A.S. Henslow, dia menulis tentang malam yang dibelanjakan untuk Beagle semasa ribut petir,

Segala-galanya berada dalam api, langit dengan kilat, air dengan zarah bercahaya, dan bahkan tiang-tiang itu ditunjuk dengan api biru.

Secara saintifik, fenomena ini dikenali sebagai "pelepasan corona" atau "pelepasan titik". Ia boleh, dan lazimnya berlaku pada hujung permukaan konduktif semasa ribut petir. Ia boleh dilihat di bahagian atas gereja-gua yang tertutup, rod ringan, tip kipas angin dan sayap, dan juga bilah rumput dan tanduk pada lembu!

Benjamin Franklin adalah orang pertama yang lebih tepat menggambarkan fenomena itu sebagai elektrik atmosfer pada tahun 1749. Dia berfikir bahawa "api" adalah cara memancarkan rod akan "menarik keluar" elektrik ribut petir perlahan sebelum ia membina bayaran yang cukup untuk membentuk mogok.

Korona boleh terbentuk apabila potensi medan elektrik (dalam keadaan ini atmosfer semasa ribut petir) lebih kuat daripada rintangan (dalam hal ini rod konduktif yang tajam) dari apa pun medium elektrik (elektron) akan mengalir melalui. Secara saintifik, ini dikenali sebagai hukum Ohm - arus elektrik sama dengan voltan dibahagikan dengan rintangan.

Jadi mengapa ini berlaku semasa ribut petir, dan mengapa ia lebih mudah dengan objek logam yang menunjuk?

Dalam satu perkataan (atau dua dalam kes ini): keseimbangan elektrostatik. Keseimbangan elektrostatik adalah keadaan semula jadi di mana konduktor yang dikenakan (seperti dalam tiang kapal) akan mempunyai jarak cas yang berlebihan itu sendiri sama rata. Ini kerana ia mempunyai kekuatan yang sama menjijikkan di sepanjang bahan tersebut. Pada asasnya, semua elektron yang hadir di dalam bahan itu akan membezakan diri mereka secara sama rata, kerana mereka semua menolak satu sama lain. Ini penting untuk diperhatikan apabila ia datang kepada konduktor yang tajam, seperti tiang kapal, dan medan elektrik mereka.

Medan elektrik akan sentiasa mempunyai kuasa mereka diarahkan sepenuhnya tegak ke permukaan konduktor. Dalam hal konduktor yang rata, ini bermakna daya dikenakan ke bawah. Ini kerana ini bahawa konduktor yang tajam akan mempunyai lebih banyak elektron, dan oleh itu lebih banyak caj, pada tip itu.

Jika anda mengambil dua magnet dan meletakkannya di atas permukaan rata, mereka boleh menangkis satu sama lain dengan jarak tertentu. Sekiranya anda membengkok permukaan permukaan tiga dimensi menjadikan titik pusat di antara kedua-dua magnet itu hujung, anda akan dapat melancarkan magnet ke arah hujung, dan dengan itu lebih dekat jika permukaannya rata. Ini kerana daya penindasan digunakan jauh dari permukaan dan bukan pada magnet yang bertentangan. Permukaan dalaman yang bengkok bertindak sebagai penebat jenis, tidak membenarkan daya mengalir melaluinya yang mempengaruhi magnet di sisi lain. Hasilnya adalah lebih banyak caj pada mana-mana permukaan melengkung konduktor dalam keseimbangan elektrostatik. Lebih tajam perkara itu, semakin jelas hasilnya.

Saya tahu apa yang anda fikirkan. Kenapa elektron tidak berputar di sekeliling atom-atom di dalam konduktor menyebabkan elektron menyebar lebih jauh dan dengan itu tidak membenarkan pengumpulan elektron pada permukaan melengkung?

Jawapannya adalah truism lain yang melibatkan keseimbangan elektrostatik. Perkara yang mengagumkan mengenai pertuduhan konduktor adalah bahawa keseluruhan caj hanya wujud di permukaan bahan dan tidak di dalamnya. Barisan medan elektrik hanya akan keluar dari permukaan dan bukan ke dalam. Sekiranya terdapat kekuatan yang wujud di dalam permukaan, maka elektron-elektron mesti masih bergerak sebagai tindak balas kepada daya itu dan oleh itu tidak berada dalam keseimbangan. Oleh kerana mereka sudah berada dalam keseimbangan, hasilnya adalah semua caj yang ada di permukaan. Fenomena ini membolehkan geeks sains di mana-mana untuk berdiri tanpa luka di dalam sangkar logam (sangkar Faraday) sementara bolt mencerahkan dengan berjuta-juta volt mengelilingi mereka.

Jadi sekarang kita tahu bahan-bahan konduktif akan mempunyai caj berlebihan pada permukaan melengkung mereka, mari kita bercakap tentang mengapa ribut petir menyebabkan kebakaran St Elmo.

Seperti yang dinyatakan sebelum ini, konduktor mempunyai medan elektrik khusus. Gas juga boleh mempunyai medan elektrik. Dalam kes ini, gas adalah udara yang kita nafas. Apabila atmosfera tenang, semasa cuaca baik, kekuatan medan elektriknya adalah kira-kira 1 volt per sentimeter (bergantung pada persamaan yang ada di udara sekarang).Apabila badai mula terbentuk, kekuatan medan elektrik akan mula meningkat dan akan terus melakukannya sehingga mencapai sekitar 10 ribu volt per centimeter. Pada ketika itu, anda akan mendapat mogok yang ringan. Ia berada dalam tetingkap peningkatan kekuatan medan di atas normal dan sebelum serangan kilat yang mungkin anda lihat kebakaran St Elmo.

Jadi sekarang mari kita masukkan apa yang kita tahu tentang keseimbangan elektrostatik dan apa yang kita tahu tentang bidang elektrik yang semakin meningkat ribut petir dan bercakap tentang mengapa mereka menyebabkan corona.

Awan, dalam kes ini awan kumulonimbus, cenderung mempunyai jumlah lebihan caj positif di bahagian atas dan caj negatif di bahagian bawah. Walaupun saintis masih berhujah tentang sifat sebenar mengapa ini, teori yang paling biasa dikecualikan adalah bahawa ia adalah hasil daripada dua proses.

Yang pertama adalah bahawa awan mengandungi banyak titisan air yang digantung dan ais berpusing. Apabila air tanah yang mengalir mencapai awan, elektron terpaksa dipisahkan dari titisan titisan yang dikenakan secara positif yang meninggalkan cas negatif di bahagian bawah awan.

Mekanisme kedua yang terlibat berkaitan dengan ais. Apabila air yang menguap naik ia boleh membeku di ketinggian yang lebih tinggi. Kelompok ais akan cenderung menjadi negatif terhadap pusatnya. Apabila ais berputar di sekeliling awan, bahagian luar, lebih positif dikenakan ke arah bahagian atas, dan bahagian beku yang lebih berkurangan secara negatif akan tenggelam ke arah bawah. Hasil dari kedua proses ini menyebabkan peningkatan caj negatif ke arah bawah. Perkara ini berlaku dalam kes kebakaran St. Elmo kerana bagaimana peningkatan caj negatif ini mempengaruhi permukaan bumi.

Biasanya udara di sekeliling awan cukup penebat supaya Zeus dan boltnya berkilauan. Dalam kes-kes banjir kilat, kerana pertambahan awan meningkat, kekuatan medannya juga meningkat. Ini boleh mengionkan udara di sekelilingnya sehingga menjadikannya lebih konduktif. Oleh kerana elektron yang berlebihan dari dasar awan mula menenun jalannya melalui udara konduktif yang semakin meningkat, ia memaksa elektron di permukaan bumi (atau objek yang dilekatkan ke bumi, seperti bangunan atau tiang kapal) jauh. Hasilnya adalah kenaikan caj positif yang meningkat di bahagian tinggi bumi, seperti tongkat yang menyala.

Dengan menggunakan keseimbangan elektrostatik sebagai pendahulu, kita dapat melihat objek yang mempunyai ujung tajam akan mempunyai kepekatan positif yang lebih tinggi daripada objek yang tidak mempunyai ujung tajam. Akhirnya, hujung bercas positif bertindak balas dengan peningkatan suasana yang dikenakan negatif dan arus elektrik dihasilkan.

Biasanya proses ini tidak kelihatan. Dalam kes korona (bukan, bukan bir), apabila potensi medan elektrik cukup kuat (seperti di bahagian atas tiang kapal), elektron dapat dikoyakkan dari molekulnya. Sekiranya elektron itu dapat memperoleh tenaga yang mencukupi untuk mengelakkannya diambil oleh molekul berdekatan (seperti dari peningkatan kekuatan medan elekikal awan ribut dan udara di sekelilingnya), hasilnya adalah elektron bebas, kluster ion positif yang dikenakan (di permukaan tiang kapal) dan udara sekitarnya, semuanya bertabrakan antara satu sama lain dalam bentuk bahan yang dikenali sebagai plasma. Plasma akan melayang dengan cahaya yang memberi hidup kepada St Elmo dan "api" nya!

Warna cahaya plasma bergantung pada jenis gas yang ada. Oleh kerana udara kita terdiri daripada nitrogen dan oksigen, ia akan bersinar biru / ungu.

Akhirnya, St Elmo dan kebakaran biru / violetnya yang menakjubkan hanyalah hasil dari keseimbangan elektrostatik konduktor yang dipengaruhi oleh potensi bidang elektrik yang semakin meningkat yang dicipta oleh petir. Atau sebagai Ben Franklin berkata "elektrik atmosfera."