ATMOSFERSKI ELEKTRICITET
"Look Egor - the storm is coming!!!!" - Šeli: Frankenštajn
U vazduhu uvek ima elektriciteta. Elektricitet koji se javlja pri mirnom vremenu i vedrom nebu nazivamo normalnim atmosferskim elektricitetom, za razliku od elektriciteta nepogoda, koji se javlja u atmosferi pri lošem vremenu kao npr. kiši, snegu, olujama i gradu.
Uglavnom svi intenzivni kondenzacioni procesi u atmosferi izazivaju nagomilavanje elektriciteta u ogromnim količinama na oblacima.
Za ispitivanje normalnog električnog stanja atmosfere može se upotrebiti elektrometar koji je vezan za jednu bakarnu žicu, a njegov drugi kraj za zemlju. Slobodan kraj bakarne žice je zašiljen, a stavlja se u plamen sveće koja se zajedno sa žicom podiže pomoću dugačke izolacijske motke u vazduh. Igla elektrometra se tada razmiče i pokazuje da je pozitivno naelektrisana. Ugao za koji se igla razmakne, određuje veličinu potencijala vazduha prema zemlji na mestu gde se nalazi šiljak, tj elektrometar pokazuje potencijalnu razliku između dve tačke na zemlji.
O tome kako sve to utiče na dalje ponašanje atmosfere ćemo objasniti kasnije.
Uopšte, skretanje igle elektrometra je utoliko veće, ukoliko je veća visinska razlika između plamena sa šiljkom i elektrometra. Ovakav uređaj sa šiljkom u plamenu sveće, naziva se plameni kolektor i veoma je star pristup. Naravno, on je podesan zato što vazduh kao i svi ostali gasovi u plamenu postaje provodnik struje pa otud šiljak brzo prima potencijal okoline. Danas se primenjuje moderniji pristup detektovanju i beleženju ovih promena.
Ispitivanjem je utvrđeno da je električno polje zemlje skoro homogeno. Ekvipotencijalne površine teku paralelno sa zemljom (horizontalno), no ipak u prizemlju se povijaju prema konturama predmeta koji se nalaze na tlu, kao što su drveće, kuće, brda i dr. Iznad tih predmeta potencijalne su površine zbijene i tek na većim daljinama ponovo teku paralelno.
Naponska razlika može biti dosta visoka već na malim visinama. Tako na primer za vreme grmljavine, visinskoj razlici od 1m odgovara napon od oko 100V. Ovu naponsku razliku možemo tačno da izmerimo osetljivim elektrometrom, na primer Vulfovim okularnim elektrometrom (nekada standardnim mernim instrumentima u meteorologiji).
Zbog svega opisanog, lako možemo razumeti zašto grom pre udari u vrh drveta nego u podnožje. Naime, istoj visinskoj razlici od recimo 5m u blizini zemlje odgovara naponska razlika od 500V, a na vrhu drveta ona može iznositi na primer 1500V. Prema tome na vrh drveta pre će preskočiti varnica sa oblaka tj nastaće električno pražnjenje u vidu groma.
Na osnovu svega toga, zaključujemo: u Zemljinoj atmosferi postoji električno polje u kome linije električne sile teku upravno ka površini zemlje. Dakle, zemlja je negativno električna prema nebu, odnosno vazduh je pozitivno električan prema zemlji.
Pad potencijala u normalnom električnom polju zemlje nije stalan za jedno isto mesto već se menja kako u toku dana, tako i u toku godišnjih doba.
Srednja vrednost pada potencijala u prizemlju iznosi 120-150V/m Na većim visinama pad potencijala ima manje vrednosti:
visina 0km, pad potencijala 100V
0,5km-50V
1km-33V
1,5km-25V
2km-21V
3km-16V
4km-12V
5km-9V
6km-6V
9km-3V
U srednjoj Evropi razlikujemo zimski i letnji tok pada potencijala, koji je tesno povezan sa klimatskim promenama. Zimi, a naročito u mesecu decembru i januaru, najniža je amplituda pada potencijala u 4 časa ujutru, a najviša posle podne. Leti se minimum javlja posle ponoći i posle podne, a maksimum posle izlaska i zalaska Sunca (Sunce je jedan od osnovnih činilaca promene vremena). Maksimum pada potencijala javlja se u mesecu decembru, januaru i februaru, a minimum u junu i julu.
Pošto se tok dnevnog pada potencijala gotovo podudara sa tokom promene atmosferskog pritiska, temperature, vlažnosti vazduha i vetra, zaključujemo da atmosferski elektricitet stoji u tesnoj vezi sa tim meteorološkim faktorima.
U normalnom stanju vazduh uvek ima izvestan broj pozitivnih i negativnih jona u jednom kubnom metru vazduha. Jonizacija nastaje dejstvom radioaktivnog zračenja koje potiče od radioaktivnih materija prisutnih u zemlji, dejstvom ultraljubičastog zračenja, kao i kosmičkih zračenja. Jedan deo ultraljubičastih zračenja, naročito kratkih talasa koji se nalazi u sunčevim zracima, apsorbuju gornji slojevi atmosfere. Usled toga je sloj atmosfere na visini 80-100km jako jonizovan. Taj sloj koji obiluje jonima naziva se jonosfera ili Hevizajdov sloj (Oliver Heaviside).
Hevizajdov sloj je dobar provodnik struje. U tom sloju vazduha pozitivni joni se kreću ka zemljinoj površini, a negativni joni ka višim slojevima atmosfere. Ovo je jedan od preduslova nastajanja vetra kakav poznajemo na površini zemlje, tj velikih kretanja vazdunih masa - jonizacijom gasa. Primer delotvornosti jonizacije, vidimo na konstrukciji letelice koja leti bez upotrebe aerodinamičkih površina. Izrađena je s moje strane samo kako bi se pokazalo da u pitanju nije antigravitacija, iako tako izgleda, već potisak, stvoren naglom jonizacijom vazduha, gde se oseća snažno duvanje jona oko samog modela. Možemo zamisliti šta se tek događa sa jonizacijom planetarnog nivoa.
Jonosfera menja visinu prema promenama sunčevog zračenja, spuštanjem i podizanjem. Pošto je to provodnik, izlazi da u njemu nastaju indukovane struje zbog kretanja u magnetnom polju zemlje. Magnetno polje koje izazivaju ove indukovane struje uzrok su dnevnim varijacijama zemljinog magnetizma. U osnovi, kao što vidimo, i minorni činioci stvaraju ogromne efekte u atmosferi i promene kojih smo svesni na površini zemlje. Ukratko, sve je povezano.
Sa opisanim pojavama je i pojava Aurore Borealis ili polarne svetlosti. Iz protuberanci Sunca izbačeni elektroni dospevaju do Zemljine atmosfere. Usled toga na visini od 800km u tako razređenom prostoru nastaju svetlosne pojave blizu zemljinih magnetnih polova. Ovo je i razlog zašto je ozonska rupa najveća baš tu.
Ako uzmemo da je jačina polja tj pad potencijala na zemljinoj površini 0,004esj (elektrostatičke jedinice količine elektriciteta), onda izlazi da je gustina elektriciteta na zemljinoj površini 0,54*10 na šesti Kulona (poštedeću vas formula).
Veliko nagomilavanje elektriciteta nastaje na oblacima a naročito na nepogodskim oblacima. To su naravno dobro poznati oblaci svima nama. Ono što je bitno u tim trenucima, jeste ono što se naziva elektricitet nepogoda.
Kod oluja nastaje podizanje jednog sloja vazduha na veliku visinu usled naglog zagrevanja tla na jednom mestu. Širenjem i podizanjem tog sloja vazduha nastaje nagla kondenzacija vodene pare. Krupne vodene kapljice u ovako jakoj vazdušnoj struji, odnosno vazdušnim vrtlozima, rasprskavaju se. Pri tome se elektrišu pozitivno a u vazduhu nastaje veliki broj negativnih jona. Vetar se samim time još više pojačava.
Pošto je Lenard 1892 godine prvi utvrdio da se pri rasprskavanju vode oko vodopada nalazi veliki broj negativnih jona, ova pojava naziva se Lenardov efekat.
Usled viskog napona koji može iznositi do milijarde volta, može nastupiti električno pražnjenje između dva nepogodska oblaka u vidu svetle dugačke varnice, koja se zove munja.
Ako se takvo pražnjenje izvrši između oblaka i zemlje, mi kažemo da je udario grom.
Jačina polja pri olujama može iznositi do 400.000V/m! Jačina struje pri pojavi munje može iznositi 20000-50000 ampera, tj količina elektriciteta koja se kreće jako brzo, od 20-50 kulona.
Trajanje munje iznosi 1/50 do 1/1000 deo sekunde. Na osnovu ovih podataka, možemo izračunati energiju munje, koja (da skratim formulaciju), iznosi 10 na deseti džula.
Osim ovih linijskih munja, ponekad se među oblacima vrši električno pražnjenje bez pojave zvuka. Tada vidimo samo neku slabu crvenkastu svetlost koja se prostire preko velikih površina prekrivenih oblacima. To često može biti odblesak munja, koje su udaljene do 500km od nas, a ispod horizonta su, pa ih nazivamo sijavice ili površinske munje.
U donjim slojevima atmosfere, može nastupiti tinjavo pražnjenje na raznim šiljatim predmetima na zemlji, na kupolama, jarbolima i gromobranima. Primer energije atmosferskog elektriciteta je i sledeći snimak. Na njemu se vidi električni motor koji se pogoni samo olujom koja se nalazi iznad laboratorije.
Postoje još mnogobrojni primeri ove energije:
Autor ovog teksta je kupovao značajne količine aluminiumske folije za domaćinstvo i njome presvlačio male plastove sena na Fruškoj Gori. Nakon toga, bilo je dovoljno zabosti dugačku metalnu cev u plast i uživati čekajući oluju.
Na ovaj način, mogao sam primetiti da munja nekada ima samo jedan impuls, ali je najčešće u pitanju više impulsa u sekundi, dakle oscilovanje.... munje od oblaka prema zemlji i obratno u veoma brzom vremenskom intervalu. Kasnije, vršio sam merenja da li je munja preskočila sa oblaka na zemlju ili sa zemlje na oblak, sa bezbedne udaljenosti.
Prestanak padavina je takođe povezan sa "otkucajima" munja. Naime, zadatak gromobrana je sledeći: kad se iznad zgrade sa gromobranom nalazi nepogodski oblak, onda elektricitet suprotne vrste koji je nastao influencijom na šiljku gromobrana usled velike električne gustine, može izazvati lagano električno pražnjenje nepogodskog oblaka i time sprečiti udar groma. Ako električni napon oblaka naglo poraste, usled nagomilanog elektriciteta, onda se ne može njegov elektricitet prazniti dejstvom šiljka na gromobranu i grom će udariti u njegov prijemnik, a otud kroz odvodnik biće odveden u zemlju. Tada se može primetiti da se količina padavina menja i to u zavisnosti od ponašanja naelektrisanja.
Nakon merenja, jasniji su nam Teslini principi uređaja za kontrolisanje vremena (meteorološkog, ne opšteg
) Ali, o tome posle, za sada ovoliko.
Tema: Bajka o elektricitetu (Pročitano 7674 puta)