Logo ru.emedicalblog.com

Что вызывает пожар Св. Эльмо

Что вызывает пожар Св. Эльмо
Что вызывает пожар Св. Эльмо

Sherilyn Boyd | Редактор | E-mail

Видео: Что вызывает пожар Св. Эльмо

Видео: Что вызывает пожар Св. Эльмо
Видео: Разрази меня гром! Научные байки дядюшки Серафима 2024, Марш
Anonim
Для тех, кто не знаком, «Св. Elmo's Fire "- это название сияния, которое выглядит как сине-фиолетовый огонь, окружающий вершину острых металлических предметов во время шторма.
Для тех, кто не знаком, «Св. Elmo's Fire "- это название сияния, которое выглядит как сине-фиолетовый огонь, окружающий вершину острых металлических предметов во время шторма.

Этот феномен может проследить свое название до итальянского святого «Сант-Ермо» или «Св. Эразм около 300 А. Д., покровителя ранних средиземноморских моряков. Это свечение имело тенденцию появляться на вершинах мачт кораблей во время рассеивающих стадий грозы. Общее суеверие гласило, что, если появится Св. Эльмо, это было хорошее предзнаменование и ответ на молитвы моряка, так как сильные моря начнут умирать, а приземные ветра успокоятся. Если он (огненное свечение) появляется во время хорошей погоды, было сказано, что направляющая рука Сент-Элмо предупреждала о буре.

Чарльз Дарвин даже писал об этом явлении в письме к J.S. Хенслоу, он писал о ночи, проведенной на гончая во время грозы,

Все было в огне, небо с молнией, вода со светящимися частицами, и даже самые мачты были заострены синим пламенем.

С научной точки зрения это явление известно как «коронный разряд» или «точечный разряд». Оно может и обычно происходит на кончике любой проводящей поверхности во время грозы. Его можно увидеть на вершинах церковных шпилей, осветляющих стержней, кончиков пропеллеров и крыльев самолета и даже лезвия травы и рога на скоте!

Бенджамин Франклин был первым, кто более или менее правильно описал явление как атмосферное электричество в 1749 году. Он считал, что «огонь» был способом, который осветляющие стержни «медленно вытягивали» электричество грозы, прежде чем он набрал достаточный заряд, чтобы сформировать удар.

Корона может образоваться, когда потенциал электрического поля (в этом случае атмосфера во время грозы) сильнее сопротивления (в данном случае заостренных проводящих стержней) любой среды, через которую пройдет электричество (электроны). С научной точки зрения, это известно как закон Ома, электрический ток равен напряжению, деленному на сопротивление.

Так почему это происходит во время грозы, и почему это происходит легче с остроконечными металлическими предметами?

Одним словом (или два в этом случае): электростатическое равновесие. Электростатическое равновесие является естественным условием, при котором заряженный проводник (как и в случае мачты судна) будет иметь на себе избыточное зарядное расстояние одинаково на всем протяжении. Это потому, что он имеет равные силы отталкивания, действующие на него по всему материалу. В принципе, все электроны, присутствующие в материале, будут одинаково распределяться по всему, потому что все они отталкивают друг друга. Это важно отметить, когда речь идет о заостренных проводниках, таких как мачта судна, и их электрических полях.

Электрические поля всегда будут иметь свою силу, направленную полностью перпендикулярно поверхности проводника. В случае плоского проводника это означает, что сила применяется вниз. Из-за этого заостренный проводник будет иметь больше электронов и, следовательно, больше заряда, на его наконечнике.

Если вы возьмете два магнита и поместите их на ровную поверхность, они могут отражать друг друга на определенном расстоянии. Если вы согните эту трехмерную плоскую поверхность, сделав центральную точку между двумя магнитами наконечника, вы сможете сдвинуть магниты вверх к наконечнику и, таким образом, ближе друг к другу, если поверхность будет плоской. Это происходит потому, что отталкивающая сила прикладывается от поверхности, а не к противоположному магниту. Внутренняя изогнутая поверхность выступает в качестве изолятора своего рода, не позволяя силе течь сквозь нее, воздействуя на магнит с другой стороны. Результатом является больший заряд на любой криволинейной поверхности проводника в электростатическом равновесии. Чем резче точка, тем более выражен результат.

Я знаю, о чем вы думаете. Почему бы электроны, вращающиеся вокруг атомов внутри проводника, не вытеснили электроны дальше и, таким образом, не позволяли накапливать электроны на изогнутой поверхности?

Ответ - еще один трюизм, связанный с электростатическим равновесием. Удивительно, что заряд проводника заключается в том, что весь заряд существует только на поверхности материала, а не внутри него. Линии электрического поля будут выходить только из поверхности, а не внутрь. Если бы существовала сила, которая существовала внутри поверхности, электроны должны были бы двигаться в ответ на эту силу и, следовательно, не находились бы в равновесии. Поскольку они уже находятся в равновесии, результатом является весь заряд, существующий на поверхности. Именно это явление позволяет научным выродкам повсюду стоять целыми и невредимыми внутри металлической клетки (клетка Фарадея), а вокруг них потрескивают болты с миллионами вольт.

Итак, теперь, когда мы знаем, что проводящие материалы будут иметь избыточный заряд на их изогнутых поверхностях, давайте поговорим о том, почему грозы вызывают пожар Сент-Элмо.

Как упоминалось ранее, проводники имеют особые электрические поля. Газы также могут иметь электрические поля. В этом случае газ - это воздух, которым мы дышим. Когда атмосфера спокойная, во время хорошей погоды ее напряженность электрического поля составляет около 1 вольт на сантиметр (в зависимости от точного состава присутствующего воздуха).Когда начнет формироваться гроза, напряженность электрического поля начнет увеличиваться и будет продолжаться до тех пор, пока она не достигнет 10 тысяч вольт на сантиметр. Вокруг этого момента вы получите удар молнии. В этом окне увеличена напряженность поля выше нормы и до удара молнии, что вы можете увидеть огонь Сент-Элмо.

Итак, теперь давайте расскажем, что мы знаем об электростатическом равновесии и о том, что мы знаем о растущих электрических полях гроз, и поговорим о том, почему они вызывают корону.

Облака, в данном случае облака кучево-дождевых облаков, имеют тенденцию иметь избыточные количества положительного заряда на вершинах и отрицательный заряд внизу. Хотя ученые все еще спорят о точной природе того, почему это так, наиболее распространенной теорией является то, что это результат двух процессов.

Во-первых, облака содержат бесчисленное количество взвешенных капель воды и льда. Когда испарение грунтовых вод достигает облака, электроны вытесняются из положительно заряженной поднимающейся капли, оставляя отрицательный заряд в нижней части облака.

Второй механизм связан со льдом. По мере того, как испаряющаяся вода поднимается, она может замерзнуть на более высоких высотах. Ледяной кластер, как правило, становится отрицательно заряженным к своему центру. Когда лед вращается вокруг облака, внешние, более положительно заряженные части оставляются кверху, а замороженные участки, которые более отрицательно заряжены, будут опускаться к дну. Результат этих двух процессов приводит к увеличению отрицательного заряда к дну. Это имеет значение в случае пожара Св. Эльмо из-за того, как этот увеличивающий отрицательный заряд влияет на поверхность Земли.

Обычно воздуха вокруг облака достаточно изолятора, чтобы удерживать Зевса и его молнии. В случае грозовых облаков, когда заряд от облака увеличивается, его напряженность поля также увеличивается. Это может ионизировать воздух вокруг него, делая его более проводящим. Поскольку избыточные электроны из нижней части облака начинают прокладывать свой путь вниз по постоянно увеличивающемуся проводящему воздуху, он заставляет электроны на поверхности земли (или любой объект, прикрепленный к земле, как здание или корабельная мачта), Результатом является растущее увеличение положительного заряда на возвышенных участках земли, как осветляющий стержень.

Используя электростатическое равновесие в качестве предшественника, можно видеть, что объект с остроконечным кончиком будет иметь относительно большую концентрацию положительного заряда, чем объект, который не имеет остроконечного наконечника. В конце концов положительно заряженный наконечник реагирует с возрастающей отрицательно заряженной атмосферой и создается электрический ток.

Обычно этот процесс был бы невидим. В случае короны (нет, не пива), когда потенциал электрического поля достаточно сильный (например, на верхней части мачты судна), электроны могут быть вырваны из их молекул. Если этот электрон может получить достаточную энергию, чтобы избежать попадания соседней молекулы (например, из-за возрастающей или уменьшающейся напряженности электрического поля бурного облака и воздуха вокруг него), результатом являются свободные электроны, положительно заряженные ионные кластеры (при поверхность мачты судна) и окружающий воздух, все сталкиваются друг с другом в форме вещества, известного как плазма. Плазма будет флуоресцировать светом, давая жизнь святому Эльмо и его «огню»!

Цвет свечения плазмы будет зависеть от типа присутствующего газа. Поскольку наш воздух состоит в основном из азота и кислорода, он будет сиять / фиолетовый.

В конце концов, St. Elmo и его удивительный синий / фиолетовый огонь являются просто результатом электростатического равновесия проводника, на который влияет возрастающий потенциал электрического поля, создаваемый грозовыми облаками. Или, как сказал Бен Франклин, «атмосферное электричество».

Рекомендуемые: