Tema: Vrste električnih praznjenja u oblacima.

[zec]

U ovoj temi ću pisati o električnim pražnjenjima u oblaku,a neki od moderatora ili administratora će promeniti naslov teme.

• Tweet

[zec]

Električni naboji u oblaku raspoređuju se na elementima oblaka (različita jezgra kondenzacije i sublimacije, kapi kiše, ledene čestice i snežni kristali).

Područja unutar oblaka, sa prevladavajućim nabojem istog predznaka čine pozitivne ili negativne ćelije unutar oblaka. Nabijene čestice i ćelije naboja istog predznaka u oblaku, su prostorno odvojeni neutralnim vazduhom između, a taj je loš vodič elektriciteta.


Turbulencija približava ili udaljava pojedine čestice i područja istoimenog naboja unutar oblaka, što izaziva promenljivost jačine električnog polja.

Kada momentalna vrednost polja premaši kritičnu vrednost jačinb, dolazi do udarne jonizacije i izbijanja električne iskre odnosno, munje. U početnoj fazi pozitivnp joni ostaju praktički na mestu (veći su i slabije pokretljivi), a negativni joni i elektroni, znatno veće pokretljivosti, napreduju prema području indukovanog suprotnog naboja.

[zec]

Pozitivni joni putuju prema negativno nabijenom tlu, a negativni joni putuju u vis.

Tako nastaje stalna vertikalna električna struja, koja teče u oba smera ili bipolarna struja.
Bipolarna struja, nastaje u mirnoj neporemećenoj atmosferi i zove se vodljiva, konduktivna struja ili struja lepog vremena. Međutim, joni se povode i za mehaničkio kretanjem vazduha,a prenošenje električnog naboja duž vazdušne struje stvara tzv. konvektivnu električnu struju.
Konduktivna i konvektivna električna struja su glavne komponente opšte pretežno vertikalne električne struje u donjoj atmosferi.Padavine su elementi raznih veličina i agregatnih stanja (kapi kiše, kristali snijega, zrna grada), koji takodje mogu nositi pozitivni ili negativni naboj, a padanjem iz oblaka čine tzv. padavinsku struju kao treću komponentu električne struje u donjoj atmosferi.

[zec]

Električni otpor u atmosferskom električnom krugu se menja zavisno od jačine električnog polja i gustine struje, dakle, prvenstveno od jačine polja, jer je gustina struje praktično konstantna.

Električno polje već na visini od 2 m opada za 80% prizemne vrednosti .U prirodi postoji mehanizam koji električno polje održava. Izvorni proces za održavanje atmosferskog električnog polja su grmljavinske oluje, koje preko električnog izbijanja (munja) obnavljaju atmosferski kondenzator.

 Munje se javljaju tokom grmljavinskih oluja, a one su najčešće  u tropskom pojasu preko cele godine. Čestina pojavljivanja im postepeno opada prema polovima. U umerenim širinama su oluje nad kontinentom vezane za toplo doba godine i dana (većinom poslepodne), dok u priobalnom području umerenih širina su hladno doba godine i noć povoljniji za termodinamičku nestabilnost i razvoj grmljavinskog nevremena,zbog površine mora u neposrednoj blizini, koja je toplija od obale.

[zec]

Električne pojave u donjoj atmosferi mogu se uzeti kao nežavisne o globalnom električnom kondenzatoru u kojem je jedna ploča negativno nabijena Zemljina površina, a druga ploča koncentrovani pozitivni naboj ispod sloja izjednačenja, na visini baze najnižeg jonosferskog sloja (70 do 80 km).
Karakteristične veličine električnog polja zavise od meteoroloških parametara: magla, vlažnost zraka, vrsta i razvijenost oblaka, koncentracija organskih i drugih primesa (prašina, čadj i dr.).

U području vremenskih poremećaja povezanih s prolazom vazdušnih frontova kao i lokalnih termodinamičkih nestabilnosti u toplom periotdu godine i dana, nastaju povoljni uslovi za nastanak olujnih oblaka intenzivnog vertikalnog razvoja .

To su kumulonimbus i kumulonimbus inkus oblaci. Vertikalne dimenzije Cb incus oblaka mogu dostizati 10 km i više. To znači da se taj oblak može protezati kroz celu troposferu, prodirući čak i u donju stratosferu.

Gornji dijelovi tih oblaka (5
km i više) sastoje se isključivo od ledenih zrnaca ili ledenih kristala. U uslovima intenzivnog razvoja oblaka električno polje postaje vrlo promjenljivo: površinski naboj postaje mestimično pozitivan, prostorni naboj opada s visinom, a smer E-polja poprima smer suprotan onom koji prevladjuje nad područjem lepog,tj. stabilnog  vremena.

[zec]

Vremenski poremećaji u obliku grmljavinskog nevremena su glavni generator trajnog održavanja električnog polja donje atmosfere.

U olujnim oblacima jakog vertikalnog razvoja, donja baza oblaka je većinom negativno naelektrisana, što potstiče pozitivni naboj na tlu ispod oblaka, s velikom razlikom potencijala između oblaka i tla. To znači da se prostorni naboj preraspodeli suprotno onome u području stabilnog vremena.. Posledica je snažno električno pražnjenje,a električna struja protiče uzlazno, zatvarajući na visini i kroz tlo strujni krug sa silaznom prevladavjujućom slabom električnom strujom nad područjem Zemlje bez vremenskih poremećaja, koje je znatno većeg rasprostiranja.

[zec]

Bitno je reći da se razlikuje  toplotno i mehaničko delovanje munje, odnosno groma. Prolaskom struje kroz predmet velikog otpora, oslobadja se toplota. Ako u takovom predmetu ima pukotina ispunjenih npr. vodom razvija se visok pritisak pare što može izazvati raspadanja predmeta (rušenje zida, dimnjaka,pucanje stabala ili drvenih bandera i sl. zbog udara groma). Udar groma, odnosno njegove munje, u zapaljivi materijal izaziva požar. Struja izazvana munjom sliva se niz glatku i vlažnu koru bukve, ali ne ide kroz spoljašnju hrapavu koru hrasta nego prolazi godovima ispod kore, koji su bogati kapilarima.Nakon munje ili bljeska čuje se grmljavina zbog jakog zagrevanja i ekspanzije vazduha unutar kanala munje. Nakon nagle ekspanzije nastupa hladjenje i kompresija, pa nastanu kompresioni ili zvučni talasi prema istom mehanizmu kao što nastane zvauk udara topa.

[zec]

Našao sam odličnu sliku horizontalne munje izmedju oblaka,i na njoj ću objasniti brzinu rasprosiranja zvučnog talasa,gde su (1),(2),(3) pravci i pokazatelji udaljenosti od tačke S na zemlji.
Postoji razlika između zvuka grmljavine i topovskog udara. Zvučni talas topovskog udara širi se koncentrično  od tačke izvora i čuje se u jednom tutnju. Grmljavina je pak izazvana zvučnim talasima nastalim duž kanala munje dugim više kilometara (idući od oblaka do tla ili unutar oblaka ili između više oblaka kao što je na ovoj slici slučaj). Povratna struja putuje kanalom skoro brzinom svetlosti  (nešto manjom) pa čitav kanal izgleda osvijetljen praktično istovremeno.Talasi zvuka od grmljavine putuju brzinom približno jednakoj brzini zvukag (brzina zvuka 330 m/s).Do osobe(recimo opažača) u tački S stiže najprije zvuk proizveden delom munje najbliži tački S (linija (1) vreme t1), a zatim opažaču stiže zvuk iz udaljenijih delova munje (linija (2) i (3) sa pripadnim vremenima t2 i t3.Iz ovoga se lako zaključuje da je t1 < t2 < t3 . Zbog toga se grmljavina čuje poput tutnjave (mnogo tutanja) ili poput kotrljanja, a ne samo kao jedan tutanj ili prasak. Dakle,ako je kanal munje vijugav i razgranat trajanje grmljavine je produženo, jer svaka grana kanala proizvodi odvojeni zvuk. Tome se pridružuje učinak odbijanja zvuka na nepravilnostima oblika baze oblaka i površine na tlu. U okolnostima kad dodjee do groma,znad glave opažača, zvuk je kratak, jednostruk i vrlo jak, poput praska i gotovo istovremen s' bljeskom munje.

[zec]

Ukratko ću napisati o vrstama munja i električnim pražnjenjima od oblaka prema tlu, unutar i između oblaka
*Razgranata munja

Električno pražnjenje oblak→tlo, kao na slici, prikazuje vrlo razgranatu munju. Vodeće staze su krivudave i razgranate (sporedne munje), ali do tla stiže samo jedan ili više glavnih kanala, koji su i najblještaviji.


*Vrpčasta munja

Opaža se kao bliješteća vrpca od baze oblaka do tla. Nastaje uzastopnim električnim pražnjenjima, uz istovremeni bočni pomak jonizovanog kanala, kao posledica snažnog vetra po smeru približno sličnom smeru pružanja kanala munje.


*Višestruka munja

Slika pokazuje munje iz dva odvojena oblaka. Početni delovi svih munja skriveni su unutar izvornih oblaka.

[zec]

Staza munje ili jonizovani kanal

To je jonizovana staza duž koje dolazi do električnog pražnjenja. Staza munje je isprekidana i slabo svetlucava. Jače osvetljeni delovi staze ostaju duže vidljivi.S' obzirom da se radi o kratkom vremenu između pojedinih faza stazu munje je teško primetiti,okom.
Električno pražnjenje iz oblaka, ali koje ne dopre do tla.
Joniziovani kanal napreduje horizontalo i može postići dužinnu od više desetina km. Ponekad takav kanal munje ponovo ulazi u isti oblak ili u drugi susedni grmljavinski oblak.

Sevanje
Tu se radi o munji unutar grmljavinskog oblaka,prepoznaje se u difuznom osvetljenju oblaka. Kanal munje može biti delimično vidljiv, kroz prozirnije delove oblaka.Takve munje su češće od gromova (munja oblak - tlo).Unutar jednog grmljavinskog oblaka može doći do stotine takvih električnih pražnjenja, a da pri tom ni jednom munja ne udari o tlo. Ponekad se opaža premeštanje takve munje iz jednog kraja oblaka prema drugom njegovom delu (udaljenosti 70 i više km).

[zec]

Kada govorimo o lektričnom pražnjenju od tla prema oblaku, vodeća staza i munja započinju od tla prema grmljavinskom oblaku.I to kad se on nalazi iznad nekog istaknutog objekta (toranj,oblakoder) ili iznad planinskog vrha. Visoki objekti i orografse prepreke deformišu električno polje prizemne atmosfere. Iznad istaknutih objekata poraste jačina polja, koja stvara povoljne uslove za formiranje vodećeg kanala od istaknutog vrha prema gore tj.razvoja jonizovanog kanala odozdo.Broj udara, vremenski interval izmedju njih i ostala obeležja u razvoju ove munje slični su onima pri razvoju munje oblak→tlo. Ovdje jedino izostaje bljesak povratne struje od baze oblaka prema šiljku pri tlu, ali dolazi do sleda uzastopnih udara, duž kanala prvobitno stvorenog početnom munjom. Taj kanal nije razgranat kao jonizovani kanal, koji počinje u oblaku.

[zec]

O kuglastim munjama ne znam mnogo...znam samo da ima više hemijskih teorija npr. kuglasto svetlo koje nastane sagorevanjem močvarnog metana, povučenog iz tla električnom (povratnom) strujom pri udaru groma, ili električnim pražnjenjem u vazduhu koje je praćeno posrednim stvaranjem ozona atomosferskog kiseonika, a ta nestabilna smesa se naglo vraća u molekularni kiseonik uz izbijanje svetla. Drugi način je kada u kanalu munje postoji visoka koncentracija elektrona, koja opstaje kroz neko vreme uz mestimično snažnu emisiju svetlosti, izazvanu sudarom elektrona i molekula okolnog vazduha,čitao sam da neki smatraju da je kuglasta munja plazmatična tvorevina  električnog talasa.Takodje, u laboratoriju su naučnici uspeli dobiti mehur plazme izazvan električnim pražnjenjem, ali plin se u stanju plazme zadržava tek nekoliko milisekundi, ako nema nekog doprinosa energije.Sve u svemu teško je rastumačiti kako kuglasta munja u prirodi može postojati  nekoliko sekundi ili čak nekoliko minuta, ako je nastala samo izdvajanjem iz kanala munje kao plazmatična formacija.

[zec]

Ova dole slika prikazuje fantastične oblike nekoliko svetlosnih pojava u atmosferi iznad troposferskog grmljavinskog oblaka kumulonimbusa. Pojave su snimljene noću vrlo osetljivim foto kamerama i ne moraju postojati istovremeno,kada nadjem neke slike,kačim.
Brojevi označavaju položaj svetlosnih pojava na slici:
(1)     plavi mlaz
(2)     vatrenjak
(3)     vilenjak
(4)     grmljavinski oblak Cb
(5)     munja između oblaka i tla.

[zec]

Vatrenjak  (sprite) nastaje na visini od oko 70 km (mezosfera) kao kratkotrajna svetlosna tvorevina u obliku vatrenih plamenova usmerenih prema dole. Pojava može dosezati 90- 100 km, dakle sve do jonosfere. To je pojava prvenstveno crvene boje iz čijeg gornjeg dela se izdvajaju ogranci poput plamenova spuštajući se u niže slojeve  čak do 25-30 km u stratosferu, i pri tom postaju plavkasto obojeni. Vatrenjake proizvodi grmljavinski oblak izuzetno jakih električnih pražnjenja prema tlu i obično se javljaju zajedno.Vatrenjaci su većinom udruženi sa snažnim sa tim pozitivnim električnim pražnjenjima između oblaka i tla, što naglo jača električno polje u srednjoj atmosferi nad oblakom, iznad granične vrednosti dielektričnog praga za atmosferu. Drugim rečima, iznad grmljavinskog oblaka nastane ogromna električna iskra (na visini oko 70 km), čiji se jonizovani kanali poput snopa niti šire u više i niže slojeve. Vatrennjaci nisu popraćteni čujnom grmljavinom, ali mogu proizvesti zvučne talase vrlo niskih frekvencija (oko 1 Hz) na koje ljudsko uho nije osetljivo. Međutim, ti infrazvučni signali se mogu detektirati posebnim prijamnicima čak na stotine pa i hilja km daleko od izvora.

[zec]

Vilenjak  (elve), nastaje kao svetlosna pojava crvene boje, prstenasta oblika na visini
90–100 km i koja se dok traje može širiti tako da poprima čak nekoliko stotina km.Vilenjaci su proizvod izuzetno jakog elektromagnetnog impulsa sa snažnim električnim pražnjenjem u grmljavinskom oblaku. Snažan impuls napreduje prema većim visinama i pri tom izaziva svetlucanje molekula u okolnoj atmosferi. Pojava traje još kraće od vatrenjaka, svega nekoliko hiljaditih delova sekunde,pa je pojavu nemoguće videti našim okom. Iz  satelita je utvrđeno gama zračenje u atmosferi iznad grmljavinskih oblaka, koje je vervatno izazvano medjudelovanjem impulsa elektromagnetnog polja sa kosmičkim zračenjem.

[zec]

Još jedna izuzetno zanimljiva pojava je pojava okamenjene munje.Ime okamenjena munja može se povezati s ponekad razgranatim i nepravilnim oblikom fulgurita, koji odaje oblik puta jonizovane staze kojom je električna struja prodrla u tlo. Često je štapićastog hrapavog oblika izvana, oblaganjem grubljim česticama peska ili tla.Glatkog je cevastog oblika iznutra, dubine od desetak centimetara pa do metar ili više. Okamenjena tvorevina je uvek iznutra šuplja.Prečnik unutrašnje cevi može biti od 1 do nekoliko centimetara. Te tvorevine su dosta krhke i lome se pri iskopavanju iz tla. Fulguriti mogu biti poluprozirni , beli (retko), svetlo smedji, zelenkasti i crne boje, što zavisi od hemijskog sastava otopljene materije, u koju je udario grom.Kao što se može zaključiti,posledica su toplotnog delovanja udara groma u peskovito tlo. Duž jonizovanog kanala se razvije visoka temperatura. Uz takvu temperaturu, koja traje delić sekunde, sastojci tla izgore ili se otope, a zatim brzo ohlade. Najčešće se mogu naći nakon udara groma u peščano tlo, ili pustinjski pesak, koji sadrži dosta čestica kvarca (SiO2). Amorfni kvarc ili prirodno staklo je nakon hladjenja glavni sastojak fulgurita. Tragovi fulgurita se mogu naći i u području kamenitiog tla. Kameni komadi u koje je grom udario su prekriveni glatkom smedjkasto zelenom glazurom .

[Ljubiša]

Zanimljiva tema.  Jedna sugestija ... na forumu ima gomila prelepih munja u reportažama ... http://www.serbianmeteo.com/forum/index.php?board=4.0 ... mogao bi njih da koristiš za objašnjavanje i komentare. Ove slike što si postavio su stvarno lošeg kvaliteta. Šteta da ovako dobra tema ide sa tako lošim slikama!

[zec]

U pravu si,žurio sam pa sam nalazio ove slike na internetu koje su bile male rezolucije,ja sam im dosta povećao rezoluciju,pa su ispale ovako loše.Saću da vidim kako to da ispravim.

[igorkonkolj]

bravo za temu interesantna i poucna,

[ocelot]

zanimljiva tema uživao sam čitajući i naučio neke nove stvari