Що викликає вогонь Св. Елмо

2023 Автор: Darleen Leonard | [email protected]. : 2023-09-25 22:42

Це явище може відстежити своє ім'я назад до італійського святого "Sant 'Ermo" або "St. Еразм "близько 300 А.Д., покровителя ранніх середземноморських моряків. Це світіння, як правило, з'являється на вершинах мачт кораблів під час розсіювання фаз грози. Загальне марновірство стало таким, що, якби з'явився Сент-Елмо, це було хорошим знаком і відповіддю на молитви матросу, як насильницькі моря починали б загинути, а поверхневі вітри спокійно. Якщо він (запальне свічення) з'являється під час гарної погоди, то було сказано, що керівна рука Сент-Елмо попереджала про шторм.

Чарльз Дарвін навіть писав про це явище в листі Дж.С. Хенслоу він написав про ніч, проведену на Бігль під час грози

Все було в полум'ї, небо з блискавкою, вода з світлими частинками, і навіть самі мачти були вказуються синім полум'ям.

Науково це явище відоме як "коронний розряд" або "точковий розряд". Це може і зазвичай відбувається на кінчику будь-якої провідної поверхні під час грози. Це можна побачити на вершинах церковних шпильок, освітлювальних стержнів, кінчиків гвинтів і крил літака і навіть лопаток трави та рогів на худобі!

Бенджамін Франклін був першим, який більш-менш правильно описував феномен як атмосферне електрику в 1749 році. Він вважав, що "вогонь" - це спосіб освітлення стрижнів повільно "витягнути" енергію грози до того, як він створив достатньо коштів, щоб сформувати страйк.

Коли потенціал електричного поля (в даному випадку атмосфери під час грози) сильніше коростони, ніж опору (в цьому випадку, точні електропровідні стрижні) будь-якого середовища, в якому протікає електрика (електрони). Науково, це відоме як закон Ома - електричний струм дорівнює напрузі, поділеній на опір.

Так чому це відбувається під час грози, і чому це відбувається легше з металевими предметами?

Одним словом (або два в даному випадку): електростатичне рівновагу. Електростатичне рівновага - це природний стан, при якому заряджений провідник (як у випадку корабля) самостійно буде мати рівномірну дистанцію заряду. Це тому, що він має рівноправні сили відштовхування, що діють на нього протягом всього матеріалу. В принципі, всі електрони, присутні в матеріалі, однаково розподіляться по всій, бо всі вони відштовхують один одного. Це важливо відзначити, коли справа доходить до гострих провідників, таких як корабельна щогла, та їх електричні поля.

Електричні поля завжди матимуть силу, спрямовану повністю перпендикулярно до поверхні провідника. У випадку плоского провідника це означає, що сила застосовується вниз. Це пов'язано з тим, що у гострий провідник буде більше електронів, а отже, і більше заряду, на його кінці.

Якщо ви візьмете два магніти і розмістите їх на рівній поверхні, вони можуть відбити один одного на певній відстані. Якщо ви згинаєте тривимірну плоску поверхню, що робить центральну точку між двома магнітами кінчиком, ви зможете посунути магніти до кінчика, а значить, ближче, якщо поверхня буде рівною. Це тому, що відштовхуюча сила віддаляється від поверхні, а не від протилежного магніту. Зовнішні вигнуті поверхні виконують функцію ізолятора різного роду, не даючи сили текти через нього, що впливає на магніт на іншій стороні. Результат більше заряду на будь-якій криволінійній поверхні провідника в електростатичному рівновазі. Чим гостріше справа, тим виражений результат.

Я знаю, що ти думаєш. Чому б електрони, що оберталися навколо атомів всередині провідника, не змусили електрони поширюватися далі і тим самим не дозволяли накопичення електронів на кривій поверхні?

Відповідь - це ще одне трюїзм, пов'язаний з електростатичним рівновагою. Дивна річ про заряд провідника полягає в тому, що весь заряд існує лише на поверхні матеріалу, а не всередині нього. Лінії електричного поля витягуються лише з поверхні, а не всередину. Якщо була сила, яка існувала в межах поверхні, то електронам довелося би все ще рухатися у відповідь на цю силу і, таким чином, не знаходитись у рівновазі. Оскільки вони вже знаходяться в рівновазі, результат - це всі заряду, що існують на поверхні. Це таке явище, яке дозволяє науковцям скрізь стати нешкідливими всередині металевої клітки (клітина Фарадея), а вогняні болти з мільйонами вольт тріскаються навколо них.

Отже, тепер, коли ми знаємо, що провідні матеріали матимуть надлишкову заряд на їх вигнутих поверхнях, давайте поговоримо про те, чому грози викликають вогонь Св. Елмо.

Як згадувалося раніше, провідники мають певні електричні поля. Гази можуть також мати електричні поля. У цьому випадку газ - це повітря, яке ми дихаємо. Коли атмосфера затишна, в періоди доброї погоди його напруженість електричного поля становить близько 1 вольт на сантиметр (залежно від точного складу повітря у присутності).Коли гроза починає формуватися, сила електричного поля починає збільшуватися і буде продовжувати робити це, доки не досягне близько 10 тис. Вольт на сантиметр. Навколо цього пункту ви отримаєте легкий удар. Це в цьому вікні підвищеної сили поля над нормою і до висвітлення страйку, що ви можете побачити вогонь Св. Елмо.

Отже, давайте поставимо те, що ми знаємо про електростатичну рівновагу, і що ми знаємо про збільшення електричних полів гроз і говоримо про те, чому вони викликають корону.

Хмари, в даному випадку кучевононімна хмара, як правило, мають надлишок позитивного заряду на вершинах і негативний заряд на дні. Поки вчені досі сперечаються про точну природу того, чому це таке, найчастіше виключена теорія полягає в тому, що це результат двох процесів.

Перша полягає в тому, що хмари містять незліченну кількість суспендованих крапель води та близько 0,5% льоду. Коли випаровується грунтова вода, досягає хмари, електрони витісняються з позитивно зарядженої краплини підйому, що залишає негативний заряд на дні хмари.

Другий механізм пов'язаний з льодом. Коли випаровується вода, вона може замерзати на великих висотах. Крижаний кластер, як правило, негативно заряджається до свого центру. Коли лід виховується навколо хмари, зовнішні, більш позитивно заряджені частини залишаються зверху, а заморожені частини, які є більш негативно зарядженими, поглинають донизу. Результат цих двох процесів залишає зростаючий негативний заряд у бік дна. Це важливо у випадку вогню Св. Елмо, тому що цей зростаючий негативний заряд впливає на земну поверхню.

Зазвичай в повітрі навколо хмари є достатньо ізолятора, щоб зберегти Зевса та його освітлювальні болти в бухті. У випадку грозових хмар, як збільшується заряд із хмар, його сила поля також збільшується. Це може іонізувати навколишнє повітря, що робить його більш провідним. Внаслідок того, що надлишки електронів з дна хмари починають переплітатися через постійно зростаюче провідне повітря, він змушує електрони на поверхні землі (або будь-який об'єкт, прикріплений до землі, як будівля або корабельна щогла). В результаті зростає позитивний заряд на підвищених ділянках Землі, подібно освітленню.

Використовуючи електростатичну рівновагу як попередника, ми можемо бачити, що об'єкт з гострим наконечником має би відносно більшу концентрацію позитивного заряду, ніж об'єкт, який не має гострий наконечник. Врешті-решт, позитивно заряджений наконечник реагує зі зростаючою негативно зарядженою атмосферою та виробляється електричний струм.

Зазвичай цей процес буде невидимим. У випадку з короною (ні, не пивом), коли потенціал електричного поля досить сильний (наприклад, на вершині корабля), електрони можуть бути розірвані з їх молекул. Якщо цей електрон може отримати достатню енергію, щоб уникнути захоплення близької молекули (наприклад, від збільшення або зменшення напруженості електричного поля штормової хмари та навколишнього повітря), то в результаті отримуються вільні електрони, позитивно заряджені іонні кластери (при поверхня корабельної щогли) та навколишнього повітря, всі стикаються один з одним у вигляді речовини, відомої як плазма. Плазма буде флуоресціювати з легким, що дає життя Св. Елмо та його "вогонь"!

Колір свічення плазми буде залежати від типу наявного газу. Оскільки наше повітря складається в основному з азоту та кисню, він світиться синьою / фіолетовою.

Врешті-решт, Сент-Елмо і його дивовижний синій / фіолетовий вогонь є лише результатом електростатичного рівноваги провідника, на який впливає збільшення потенціалу електричного поля, що створюється грозовими хмарами. Або, як сказав Бен Франклін, "атмосферне електропостачання".