Dokter ilmu biologi, Kandidat Ilmu Fisika dan Matematika K. BOGDANOV.

Di setiap saat dalam titik yang berbeda Bumi berkilau dengan kilat lebih dari 2000 badai petir. Setiap detik, sekitar 50 petir menyambar permukaan bumi, dan rata-rata setiap kilometer persegi disambar petir enam kali setahun. B. Franklin juga menunjukkan bahwa petir yang menyambar bumi dari awan petir adalah muatan listrik yang ditransfer ke bumi muatan negatif beberapa puluh liontin, dan amplitudo arus selama sambaran petir adalah dari 20 hingga 100 kA. Fotografi berkecepatan tinggi menunjukkan bahwa pelepasan petir berlangsung beberapa sepersepuluh detik dan terdiri dari beberapa pelepasan yang bahkan lebih pendek. Petir telah lama menarik bagi para ilmuwan, tetapi di zaman kita, kita hanya tahu sedikit lebih banyak tentang sifatnya daripada 250 tahun yang lalu, meskipun kita dapat mendeteksinya bahkan di planet lain.

Sains dan kehidupan // Ilustrasi

Kemampuan untuk menggemparkan dengan gesekan berbagai bahan. Bahan dari pasangan gosok, yang lebih tinggi dalam tabel, bermuatan positif, dan di bawahnya bermuatan negatif.

Bagian bawah awan yang bermuatan negatif mempolarisasi permukaan bumi di bawahnya sehingga menjadi bermuatan positif, dan ketika kondisi gangguan listrik muncul, terjadi pelepasan petir.

Distribusi frekuensi badai petir di atas permukaan tanah dan lautan. Tempat paling gelap di peta sesuai dengan frekuensi tidak lebih dari 0,1 badai petir per tahun per kilometer persegi, dan yang paling terang - lebih dari 50.

Payung dengan penangkal petir. Model itu dijual pada abad ke-19 dan laris.

Menembak cairan atau laser pada awan petir yang menggantung di atas stadion mengalihkan sambaran petir ke samping.

Beberapa sambaran petir disebabkan oleh peluncuran roket ke awan petir. Garis vertikal kiri adalah jejak roket.

Fulgurit "bercabang" besar dengan berat 7,3 kg, ditemukan oleh penulis di pinggiran Moskow.

Fragmen fulgurit berbentuk silinder berongga yang terbentuk dari pasir yang meleleh.

Fulgurit putih dari Texas.

Petir - sumber abadi mengisi ulang Medan listrik Bumi. Pada awal abad ke-20, probe atmosfer digunakan untuk mengukur medan listrik Bumi. Kekuatannya di permukaan ternyata sekitar 100 V/m, yang sesuai dengan muatan total planet ini sekitar 400.000 C. Pembawa muatan di atmosfer bumi adalah ion, yang konsentrasinya meningkat dengan ketinggian dan mencapai maksimum pada ketinggian 50 km, di mana, di bawah aksi radiasi kosmik lapisan konduktif listrik terbentuk - ionosfer. Oleh karena itu, medan listrik Bumi adalah medan kapasitor bola dengan tegangan yang diberikan sekitar 400 kV. Di bawah aksi tegangan ini, arus 2-4 kA mengalir dari lapisan atas ke lapisan bawah, yang kerapatannya 1-2. 10 -12 A/m 2 , dan energi hingga 1,5 GW dilepaskan. Dan medan listrik ini akan hilang jika tidak ada petir! Oleh karena itu, dalam cuaca yang baik, kapasitor listrik - Bumi - habis, dan selama badai petir diisi.

Seseorang tidak merasakan medan listrik bumi, karena tubuhnya adalah konduktor yang baik. Oleh karena itu, muatan Bumi juga berada di permukaan tubuh manusia, yang secara lokal mendistorsi medan listrik. Di bawah awan petir, kepadatan muatan positif yang diinduksi di tanah dapat meningkat secara signifikan, dan kekuatan medan listrik dapat melebihi 100 kV / m, 1000 kali nilainya dalam cuaca baik. Akibatnya, muatan positif dari setiap rambut di kepala seseorang yang berdiri di bawah awan petir meningkat dengan jumlah yang sama, dan mereka, saling tolak, berdiri tegak.

Elektrifikasi - penghilangan debu "berisi". Untuk memahami bagaimana awan memisahkan muatan listrik, mari kita ingat apa itu elektrisasi. Cara termudah untuk mengisi daya tubuh adalah dengan menggosokkannya ke benda lain. Elektrifikasi dengan gesekan adalah yang paling cara lama menerima muatan listrik. Kata "elektron" dalam terjemahan dari bahasa Yunani ke bahasa Rusia berarti kuning, karena kuning selalu bermuatan negatif ketika digosokkan dengan wol atau sutra. Besarnya muatan dan tandanya bergantung pada bahan benda gosok.

Diyakini bahwa tubuh, sebelum digosokkan dengan yang lain, adalah netral secara listrik. Memang, jika benda bermuatan dibiarkan di udara, maka partikel debu dan ion yang bermuatan berlawanan akan mulai menempel padanya. Jadi, pada permukaan tubuh mana pun ada lapisan debu "bermuatan", yang menetralkan muatan tubuh. Oleh karena itu, elektrifikasi dengan gesekan adalah proses penghilangan sebagian debu "bermuatan" dari kedua benda. Dalam hal ini, hasilnya akan tergantung pada seberapa baik atau lebih buruk debu yang "berisi" dihilangkan dari badan gosok.

Awan adalah pabrik untuk produksi muatan listrik. Sulit membayangkan bahwa ada beberapa materi yang tercantum dalam tabel di cloud. Namun, debu "bermuatan" yang berbeda dapat muncul di tubuh, meskipun terbuat dari bahan yang sama - cukup untuk membedakan struktur mikro permukaan. Misalnya, ketika benda halus bergesekan dengan benda kasar, keduanya akan dialiri listrik.

awan petir adalah jumlah yang banyak uap, yang sebagian mengembun menjadi tetesan kecil atau gumpalan es. Puncak awan petir dapat berada pada ketinggian 6-7 km, dan bagian bawahnya menggantung di atas tanah pada ketinggian 0,5-1 km. Di atas 3-4 km awan terdiri dari gumpalan es ukuran yang berbeda karena suhu selalu di bawah nol. Es batu ini adalah dalam gerakan konstan disebabkan oleh naiknya arus udara hangat dari permukaan bumi yang panas. Potongan-potongan kecil es lebih mudah daripada yang besar untuk terbawa oleh arus udara yang naik. Oleh karena itu, bongkahan es kecil yang "gesit", bergerak masuk bagian atas awan, sepanjang waktu bertabrakan dengan yang besar. Dengan setiap tumbukan seperti itu, elektrifikasi terjadi, di mana potongan es besar bermuatan negatif, dan es kecil bermuatan positif. Seiring waktu, bongkahan es kecil bermuatan positif berada di bagian atas awan, dan es besar bermuatan negatif berada di bagian bawah. Dengan kata lain, bagian atas badai petir bermuatan positif, sedangkan bagian bawahnya bermuatan negatif. Semuanya siap untuk pelepasan petir, di mana gangguan udara terjadi dan muatan negatif dari dasar awan petir mengalir ke Bumi.

Petir - halo dari luar angkasa dan sumber radiasi sinar-x. Namun, awan itu sendiri tidak mampu menyetrum dirinya sendiri sehingga menyebabkan pelepasan antara dasar dan bumi. Kuat medan listrik dalam awan petir tidak pernah melebihi 400 kV/m, dan gangguan listrik di udara terjadi pada tegangan lebih besar dari 2500 kV/m. Oleh karena itu, agar petir dapat terjadi, diperlukan hal lain selain medan listrik. Pada tahun 1992, ilmuwan Rusia A. Gurevich dari Institut Fisika mereka. P. N. Lebedeva dari Akademi Ilmu Pengetahuan Rusia (FIAN) menyarankan bahwa sinar kosmik, partikel berenergi tinggi yang jatuh di Bumi dari luar angkasa dengan kecepatan mendekati cahaya, dapat menjadi semacam penyalaan petir. Ribuan partikel seperti itu setiap detik membombardir masing-masing meter persegi atmosfer bumi.

Menurut teori Gurevich, sebuah partikel radiasi kosmik, bertabrakan dengan molekul udara, mengionisasinya, menghasilkan pembentukan sejumlah besar elektron berenergi tinggi. Begitu berada di medan listrik antara awan dan bumi, elektron dipercepat hingga mendekati kecepatan cahaya, mengionisasi jalur pergerakannya dan, dengan demikian, menyebabkan longsoran elektron yang bergerak bersamanya ke bumi. Saluran terionisasi yang dibuat oleh longsoran elektron ini digunakan oleh petir untuk melepaskan (lihat "Ilmu Pengetahuan dan Kehidupan" No. 7, 1993).

Setiap orang yang telah melihat kilat telah memperhatikan bahwa itu bukan garis lurus yang bersinar terang yang menghubungkan awan dan bumi, tetapi garis putus-putus. Oleh karena itu, proses pembentukan saluran konduktif untuk pelepasan petir disebut "pemimpin langkah". Masing-masing "langkah" ini adalah tempat di mana elektron yang dipercepat hingga kecepatan mendekati cahaya berhenti karena tabrakan dengan molekul udara dan mengubah arah gerakan. Bukti untuk interpretasi karakter petir yang melangkah seperti itu adalah kilatan sinar-X yang bertepatan dengan saat-saat ketika petir, seolah-olah tersandung, mengubah lintasannya. Studi terbaru menunjukkan bahwa petir adalah sumber sinar-x yang cukup kuat, yang intensitasnya dapat mencapai 250.000 elektron volt, yaitu sekitar dua kali lipat dari yang digunakan dalam rontgen dada.

Bagaimana cara memicu sambaran petir? Sangat sulit untuk mempelajari apa yang akan terjadi di tempat yang tidak dapat dipahami dan kapan. Yaitu, selama bertahun-tahun bekerja ilmuwan menyelidiki sifat petir. Diyakini bahwa badai di langit dipimpin oleh nabi Elia dan kita tidak diberikan untuk mengetahui rencananya. Namun, para ilmuwan telah mencoba untuk menggantikan nabi Elia untuk waktu yang sangat lama, menciptakan saluran konduktif antara awan petir dan bumi. Untuk ini, B. Franklin meluncurkan layang-layang selama badai petir, berakhir dengan kawat dan seikat kunci logam. Dengan melakukan ini, ia menyebabkan pelepasan muatan lemah yang mengalir di kabel, dan merupakan orang pertama yang membuktikan bahwa petir adalah muatan listrik negatif yang mengalir dari awan ke tanah. Eksperimen Franklin sangat berbahaya, dan salah satu dari mereka yang mencoba mengulanginya - akademisi Rusia G. V. Richman - pada 1753 ia meninggal karena sambaran petir.

Pada 1990-an, para peneliti belajar cara memanggil petir tanpa membahayakan nyawa mereka. Salah satu cara untuk menyebabkan petir adalah dengan meluncurkan roket kecil dari tanah langsung ke awan petir. Sepanjang seluruh lintasan, roket mengionisasi udara dan dengan demikian menciptakan saluran konduktif antara awan dan tanah. Dan jika muatan negatif bagian bawah awan cukup besar, maka pelepasan petir terjadi di sepanjang saluran yang dibuat, yang semua parameternya direkam oleh perangkat yang terletak di dekat landasan peluncuran roket. Untuk membuat lebih banyak Kondisi yang lebih baik untuk pelepasan petir, kabel logam dipasang ke roket, menghubungkannya ke tanah.

Petir: pemberi kehidupan dan mesin evolusi. Pada tahun 1953, ahli biokimia S. Miller (Stanley Miller) dan G. Urey (Harold Urey) menunjukkan bahwa salah satu "bahan pembangun" kehidupan - asam amino dapat diperoleh dengan melewatkan pelepasan listrik melalui air, di mana gas-gas dari atmosfer "primitif" Bumi dilarutkan ( metana, amonia, dan hidrogen). Lima puluh tahun kemudian, peneliti lain mengulangi eksperimen ini dan mendapatkan hasil yang sama. Dengan demikian, teori ilmiah asal usul kehidupan di Bumi memberikan peran mendasar pada sambaran petir.

Ketika pulsa arus pendek dilewatkan melalui bakteri, pori-pori muncul di cangkangnya (membran), di mana fragmen DNA dari bakteri lain dapat masuk ke dalam, memicu salah satu mekanisme evolusi.

Mengapa badai petir sangat jarang terjadi di musim dingin? F. I. Tyutchev, setelah menulis "Saya suka badai petir di awal Mei, ketika guntur pertama di musim semi ...", tahu bahwa hampir tidak ada badai petir di musim dingin. Untuk membentuk awan petir, diperlukan arus udara lembab yang naik. Konsentrasi uap jenuh meningkat dengan suhu dan mencapai maksimum di musim panas. Perbedaan suhu tempat arus udara naik semakin besar, semakin tinggi suhunya di dekat permukaan bumi, karena pada ketinggian beberapa kilometer suhunya tidak tergantung pada musim. Ini berarti bahwa intensitas arus naik juga maksimum di musim panas. Oleh karena itu, kami memiliki badai petir paling sering di musim panas, dan di utara, di mana dingin di musim panas, badai petir cukup jarang terjadi.

Mengapa badai petir lebih sering terjadi di darat daripada di laut? Agar awan keluar, harus ada jumlah ion yang cukup di udara di bawahnya. Udara, yang hanya terdiri dari molekul nitrogen dan oksigen, tidak mengandung ion, dan sangat sulit untuk mengionisasinya bahkan dalam medan listrik. Tetapi jika ada banyak partikel asing di udara, seperti debu, maka ionnya juga banyak. Ion dibentuk oleh pergerakan partikel di udara dengan cara yang sama seperti mereka dialiri arus listrik dengan bergesekan satu sama lain. berbagai bahan. Jelas, ada lebih banyak debu di udara di atas daratan daripada di atas lautan. Itulah sebabnya badai petir lebih sering bergemuruh di daratan. Juga telah dicatat bahwa, pertama-tama, petir menyambar tempat-tempat di mana konsentrasi aerosol di udara sangat tinggi - asap dan emisi dari industri penyulingan minyak.

Bagaimana Franklin menangkis petir. Untungnya, sebagian besar sambaran petir terjadi di antara awan dan karenanya tidak menimbulkan ancaman. Namun, petir diyakini membunuh lebih dari seribu orang di seluruh dunia setiap tahun. Oleh paling sedikit, di Amerika Serikat, di mana statistik tersebut disimpan, sekitar 1000 orang terkena petir setiap tahun dan lebih dari seratus di antaranya meninggal. Para ilmuwan telah lama berusaha melindungi orang dari "hukuman Tuhan" ini. Misalnya, penemu kapasitor listrik pertama (guci Leyden), Pieter van Muschenbroek (1692-1761), dalam sebuah artikel tentang listrik yang ditulis untuk Encyclopedia Prancis yang terkenal, membela metode tradisional untuk mencegah petir - dering lonceng dan tembakan meriam, yang, menurutnya, ternyata cukup efisien.

Benjamin Franklin, mencoba melindungi Capitol, ibu kota Maryland, pada 1775 menempelkan batang besi tebal ke bangunan, yang menjulang beberapa meter di atas kubah dan terhubung ke tanah. Ilmuwan itu menolak untuk mematenkan penemuannya, berharap penemuan itu akan berguna bagi orang-orang sesegera mungkin.

Berita tentang penangkal petir Franklin dengan cepat menyebar ke seluruh Eropa, dan dia terpilih untuk semua akademi, termasuk akademi Rusia. Namun, di beberapa negara, penduduk yang saleh menghadapi penemuan ini dengan marah. Gagasan bahwa seseorang dapat dengan mudah dan sederhana menjinakkan senjata utama "murka Tuhan" tampak menghujat. Oleh karena itu, di tempat yang berbeda, orang mematahkan penangkal petir karena alasan yang saleh. Sebuah insiden aneh terjadi pada tahun 1780 di kota kecil Saint-Omer di Prancis utara, di mana penduduk kota menuntut penghapusan tiang penangkal petir besi, dan kasus itu dibawa ke pengadilan. Pengacara muda yang membela penangkal petir dari serangan obscurantists membangun pembelaannya pada fakta bahwa pikiran manusia dan kemampuannya untuk menaklukkan kekuatan alam telah asal ilahi. Segala sesuatu yang membantu menyelamatkan nyawa adalah demi kebaikan - bantah pengacara muda itu. Dia memenangkan proses dan mendapatkan ketenaran besar. Nama pengacara itu adalah Maximilian Robespierre. Nah, sekarang potret penemu penangkal petir adalah reproduksi yang paling didambakan di dunia, karena menghiasi uang seratus dolar yang terkenal itu.

Bagaimana Anda dapat melindungi diri dari petir dengan jet air dan laser. Baru-baru ini telah diusulkan jalan baru melawan petir. Penangkal petir akan dibuat dari ... semburan cairan, yang akan ditembakkan dari tanah langsung ke awan petir. Cairan petir adalah larutan garam yang ditambahkan polimer cair: garam dirancang untuk meningkatkan konduktivitas listrik, dan polimer mencegah jet dari "pecah" menjadi tetesan terpisah. Diameter jet akan menjadi sekitar satu sentimeter, dan tinggi maksimum- 300 meter. Saat penangkal petir cair selesai, akan dilengkapi dengan olahraga dan taman bermain, di mana air mancur akan menyala secara otomatis ketika kekuatan medan listrik menjadi cukup tinggi dan kemungkinan sambaran petir maksimal. Muatan akan mengalir ke bawah aliran cairan dari awan petir, membuat petir aman bagi orang lain. Perlindungan serupa terhadap pelepasan petir dapat dilakukan dengan bantuan laser, yang sinarnya, dengan mengionisasi udara, akan membuat saluran untuk pelepasan listrik dari kerumunan orang.

Bisakah petir menyesatkan kita? Ya, jika Anda menggunakan kompas. PADA novel terkenal G. Melvila "Moby Dick" menggambarkan kasus seperti itu ketika pelepasan petir, yang menciptakan medan magnet yang kuat, membuat kembali magnet jarum kompas. Namun, kapten kapal mengambil jarum jahit, memukulnya untuk membuat magnet, dan menggantinya dengan jarum kompas yang rusak.

Bisakah Anda tersambar petir di dalam rumah atau pesawat? Sayangnya ya! Arus petir dapat masuk ke rumah melalui kabel telepon dari tiang terdekat. Oleh karena itu, saat terjadi badai petir, usahakan untuk tidak menggunakan telepon biasa. Diyakini bahwa berbicara di telepon radio atau telepon seluler lebih aman. Jangan menyentuh pipa selama badai petir pemanas sentral dan pipa yang menghubungkan rumah ke tanah. Untuk alasan yang sama, para ahli menyarankan untuk mematikan semuanya selama badai petir. alat listrik termasuk komputer dan televisi.

Adapun pesawat terbang, secara umum, mereka mencoba terbang di sekitar area dengan aktivitas badai petir. Namun, rata-rata, salah satu pesawat disambar petir setahun sekali. Arusnya tidak dapat mengenai penumpang, mengalir ke permukaan luar pesawat, tetapi dapat menonaktifkan komunikasi radio, peralatan navigasi dan elektronik.

Fulgurite adalah petir yang membatu. Selama pelepasan petir, 10 9 -10 10 joule energi dilepaskan. Sebagian besar dihabiskan untuk membuat gelombang kejut(Guntur), pemanas udara, lampu kilat dan lain-lain gelombang elektromagnetik, dan hanya sebagian kecil yang menonjol pada titik di mana petir memasuki tanah. Namun, bahkan bagian "kecil" ini cukup untuk menyebabkan kebakaran, membunuh seseorang, dan menghancurkan sebuah bangunan. Petir dapat memanaskan saluran yang dilaluinya hingga 30.000 ° C, lima kali suhu di permukaan Matahari. Suhu di dalam petir jauh lebih tinggi daripada suhu leleh pasir (1600-2000 °C), tetapi apakah pasir meleleh atau tidak juga tergantung pada durasi petir, yang dapat berkisar dari puluhan mikrodetik hingga sepersepuluh detik. . Amplitudo pulsa arus petir biasanya sama dengan beberapa puluh kiloampere, tetapi kadang-kadang bisa melebihi 100 kA. Petir paling kuat dan menyebabkan kelahiran fulgurit - silinder berongga dari pasir yang meleleh.

Kata "fulgurite" berasal dari bahasa Latin fulgur, yang berarti kilat. Fulgurit terpanjang yang digali berada di bawah tanah hingga kedalaman lebih dari lima meter. Fulgurites juga disebut reflow solid batu, dibentuk oleh sambaran petir; mereka kadang-kadang dalam jumlah besar ditemukan di puncak gunung berbatu. Fulgurites, terdiri dari silika yang dicairkan, biasanya berbentuk tabung kerucut setebal pensil atau jari. Mereka Permukaan dalam halus dan meleleh, dan bagian luarnya dibentuk oleh butiran pasir yang menempel pada massa yang meleleh. Warna fulgurit tergantung pada pengotor mineral di tanah berpasir. Kebanyakan dari mereka berwarna coklat kemerahan, abu-abu atau hitam, tetapi fulgurites kehijauan, putih atau bahkan tembus juga ditemukan.

Rupanya, deskripsi pertama tentang fulgurit dan hubungannya dengan sambaran petir dibuat pada tahun 1706 oleh Pendeta D. Hermann. Selanjutnya, banyak ditemukan fulgurit di dekat orang yang tersambar petir. Charles Darwin selama perjalanan dunia di kapal "Beagle", ditemukan di pantai berpasir dekat Maldonado (Uruguay) ada beberapa tabung kaca yang turun secara vertikal lebih dari satu meter ke dalam pasir. Dia menggambarkan ukuran mereka dan menghubungkan formasi mereka dengan pelepasan petir. Terkenal fisikawan Amerika Robert Wood mendapat "tanda tangan" dari petir yang hampir membunuhnya:

"Badai petir yang kuat berlalu, dan langit di atas kami sudah menjadi cerah. Saya melewati ladang yang memisahkan rumah kami dari rumah saudara ipar saya. Saya berjalan sekitar sepuluh meter di sepanjang jalan setapak, ketika tiba-tiba putri saya Margaret memanggil saya. Saya berhenti sekitar sepuluh detik dan hampir tidak bergerak lebih jauh, ketika tiba-tiba sebuah garis biru cerah memotong langit, dengan deru senapan dua belas inci, menghantam jalan setapak dua puluh langkah di depan saya dan mengangkat kolom besar uap. Saya melanjutkan untuk melihat jejak apa yang ditinggalkan petir. semanggi yang terbakar berdiameter lima inci, dengan lubang setengah inci di tengahnya.... Saya kembali ke laboratorium, melelehkan delapan pon timah dan menuangkannya ke dalam lubangnya... sebagaimana mestinya, di gagangnya dan berangsur-angsur menyatu menuju ujungnya. Itu sedikit lebih panjang dari tiga kaki "(dikutip oleh W. Seabrook. Robert Wood. - M .: Nauka, 1985, hlm. 285 ).

Munculnya tabung kaca di pasir selama pelepasan petir disebabkan oleh fakta bahwa selalu ada udara dan uap air di antara butiran pasir. Arus listrik petir dalam sepersekian detik memanaskan udara dan uap air ke suhu yang sangat tinggi, menyebabkan peningkatan tekanan udara yang eksplosif antara butiran pasir dan pemuaiannya, yang didengar oleh Wood, yang secara ajaib tidak menjadi korban petir. dan lihat. Udara yang mengembang membentuk rongga silinder di dalam pasir cair. Pendinginan cepat berikutnya memperbaiki fulgurite - tabung gelas di pasir.

Sering digali dengan hati-hati dari pasir, fulgurite berbentuk seperti akar pohon atau cabang dengan banyak cabang. Fulgurit bercabang seperti itu terbentuk ketika pelepasan petir mengenai pasir basah, yang, seperti yang Anda ketahui, memiliki konduktivitas listrik yang lebih tinggi daripada pasir kering.Dalam kasus ini, arus petir, yang memasuki tanah, segera mulai menyebar ke samping, membentuk struktur yang mirip dengan akar pohon dan fulgurit yang dihasilkan hanya mengulangi bentuk ini.Fulgurit sangat rapuh, dan upaya untuk menghilangkan pasir yang melekat sering menyebabkan kehancurannya.Hal ini terutama berlaku untuk fulgurit bercabang yang terbentuk di pasir basah.

Petir

Kita sering berpikir bahwa listrik adalah sesuatu yang hanya dihasilkan di pembangkit listrik, dan tentu saja bukan di awan air yang berserat, yang sangat jarang sehingga Anda dapat dengan mudah memasukkan tangan Anda ke dalamnya. Namun, ada listrik di awan, seperti yang ada di tubuh manusia.

Sifat listrik

Semua benda terdiri dari atom, dari awan dan pohon hingga tubuh manusia. Setiap atom memiliki inti yang mengandung proton bermuatan positif dan neutron netral. Pengecualiannya adalah atom paling sederhana Hidrogen tidak memiliki neutron dalam intinya, tetapi hanya memiliki satu proton.

Elektron bermuatan negatif berputar mengelilingi inti. Muatan positif dan negatif saling tarik menarik, sehingga elektron berputar di sekitar inti atom, seperti lebah di sekitar kue manis. Gaya tarik menarik antara proton dan elektron disebabkan oleh gaya elektromagnetik. Oleh karena itu, listrik hadir di mana-mana kita melihat. Seperti yang bisa kita lihat, itu juga terkandung dalam atom.

PADA kondisi normal Muatan positif dan negatif dari masing-masing atom saling menyeimbangkan, sehingga benda yang terdiri dari atom biasanya tidak membawa muatan bersih, baik positif maupun negatif. Akibatnya, kontak dengan benda lain tidak menyebabkan pelepasan listrik. Namun terkadang keseimbangan muatan listrik dalam tubuh dapat terganggu. Anda mungkin mengalami ini sendiri ketika Anda berada di rumah pada hari musim dingin. Rumah sangat kering dan panas. Anda, menyeret kaki telanjang Anda, berjalan di sekitar istana. Tanpa sepengetahuan Anda, beberapa elektron dari sol Anda telah berpindah ke atom-atom karpet.

Bahan terkait:

Bagaimana hujan es terbentuk?

Sekarang kamu membawa muatan listrik, karena jumlah proton dan elektron dalam atom Anda tidak lagi seimbang. Sekarang coba pegang gagang pintu logam. Sebuah percikan akan terbang antara Anda dan dia, dan Anda akan merasakan sengatan listrik. Inilah yang terjadi - tubuh Anda, yang tidak memiliki cukup elektron untuk mencapai keseimbangan listrik, berusaha memulihkan keseimbangan karena gaya tarik-menarik elektromagnetik. Dan itu sedang dipulihkan. Ada aliran elektron antara tangan dan kenop pintu menuju tangan. Jika ruangan gelap, Anda akan melihat percikan api. Cahaya terlihat karena elektron memancarkan kuanta cahaya ketika mereka melompat. Jika ruangan sepi, Anda akan mendengar sedikit derak.

Listrik mengelilingi kita di mana-mana dan terkandung di semua tubuh. Awan dalam pengertian ini tidak terkecuali. Di latar belakang langit biru mereka terlihat sangat tidak berbahaya. Tapi seperti Anda berada di sebuah ruangan, mereka dapat membawa muatan listrik. Jika demikian, berhati-hatilah! Ketika awan mengembalikan keseimbangan listrik di dalam dirinya sendiri, seluruh kembang api meledak.

Bagaimana kilat muncul?

Inilah yang terjadi: arus udara yang kuat terus-menerus bersirkulasi dalam awan gelap yang besar, yang mendorong berbagai partikel bersama-sama - butiran garam laut, debu, dan sebagainya. Dengan cara yang sama seperti telapak kaki Anda dibebaskan dari elektron ketika bergesekan dengan karpet, dan partikel di awan dibebaskan dari elektron ketika mereka bertabrakan, yang melompat ke partikel lain. Jadi ada redistribusi biaya. Beberapa partikel yang kehilangan elektronnya memiliki muatan positif, sementara partikel lain yang telah mengambil elektron ekstra sekarang memiliki muatan negatif.

Bahan terkait:

Bagaimana bola petir muncul?

Untuk alasan yang tidak sepenuhnya jelas, partikel yang lebih berat bermuatan negatif, sedangkan partikel yang lebih ringan bermuatan positif. Dengan demikian, bagian bawah awan yang lebih berat menjadi bermuatan negatif. Bagian bawah awan yang bermuatan negatif menolak elektron ke tanah, karena muatan sejenis tolak-menolak. Dengan demikian, bagian bermuatan positif terbentuk di bawah awan permukaan bumi. Kemudian, persis sesuai dengan prinsip yang sama, yang menurutnya percikan melompat antara Anda dan kenop pintu, percikan yang sama akan melompat antara awan dan bumi, hanya sangat besar dan kuat, ini adalah kilat. Elektron terbang dalam zigzag raksasa menuju bumi, menemukan proton mereka di sana. Alih-alih kresek yang nyaris tak terdengar, geser guruh.

Setiap detik, kira-kira 700 kilat, dan setiap tahun sekitar 3000 orang terbunuh oleh sambaran petir. sifat fisik Petir belum sepenuhnya dijelaskan, dan kebanyakan orang hanya memiliki gambaran kasar tentang apa itu. Beberapa debit bertabrakan di awan, atau sesuatu seperti itu. Hari ini kami beralih ke penulis fisika kami untuk mempelajari lebih lanjut tentang sifat petir. Bagaimana kilat muncul, di mana kilat menyambar, dan mengapa guntur bergemuruh. Setelah membaca artikel, Anda akan tahu jawaban untuk ini dan banyak pertanyaan lainnya.

Apa itu petir?

Petir- memicu pelepasan listrik di atmosfer.

pelepasan listrik- ini adalah proses aliran arus dalam media, terkait dengan peningkatan yang signifikan dalam konduktivitas listriknya relatif terhadap keadaan normal. Ada jenis yang berbeda pelepasan listrik dalam gas: percikan, busur, membara.

Pelepasan bunga api terjadi ketika tekanan atmosfir dan disertai dengan derak khas percikan api. Pelepasan percikan adalah kumpulan saluran percikan yang menghilang dan saling menggantikan. Saluran percikan juga disebut pita. Saluran percikan diisi dengan gas terionisasi, yaitu plasma. Petir adalah percikan raksasa, dan guntur adalah retakan yang sangat keras. Tapi tidak semuanya begitu sederhana.

Sifat fisik petir

Bagaimana asal usul petir dijelaskan? Sistem awan-bumi atau awan-awan merupakan salah satu jenis kapasitor. Udara memainkan peran sebagai dielektrik di antara awan. Bagian bawah awan memiliki muatan negatif. Dengan perbedaan potensial yang cukup antara awan dan tanah, timbul kondisi di mana petir terjadi di alam.

Pemimpin melangkah

Sebelum kilatan petir utama, Anda dapat mengamati titik kecil yang bergerak dari awan ke tanah. Inilah yang disebut pemimpin langkah. Elektron di bawah aksi beda potensial mulai bergerak menuju tanah. Saat mereka bergerak, mereka bertabrakan dengan molekul udara, mengionisasi mereka. Saluran terionisasi sedang diletakkan dari awan ke tanah. Karena ionisasi udara oleh elektron bebas, konduktivitas listrik di zona lintasan pemimpin meningkat secara signifikan. Pemimpin, seolah-olah, membuka jalan bagi pelepasan utama, bergerak dari satu elektroda (awan) ke yang lain (tanah). Ionisasi terjadi tidak merata, sehingga pemimpin dapat bercabang.

Serangan balik

Saat pemimpin mendekati tanah, ketegangan di ujungnya meningkat. Dari tanah atau dari objek yang menonjol di atas permukaan (pohon, atap bangunan), pita respons (saluran) dilemparkan ke arah pemimpin. Properti petir ini digunakan untuk melindunginya dengan memasang penangkal petir. Mengapa petir menyambar seseorang atau pohon? Bahkan, dia tidak peduli di mana harus memukul. Lagi pula, petir mencari jalur terpendek antara bumi dan langit. Itulah mengapa saat badai petir berbahaya berada di dataran atau di permukaan air.

Ketika pemimpin mencapai tanah, arus mulai mengalir melalui saluran yang diletakkan. Pada saat inilah kilatan petir utama diamati, disertai dengan peningkatan tajam dalam kekuatan arus dan pelepasan energi. Inilah pertanyaannya, dari mana datangnya petir? Sangat menarik bahwa pemimpin menyebar dari awan ke tanah, tetapi kilatan terang terbalik, yang biasa kita lihat, menyebar dari tanah ke awan. Lebih tepat dikatakan bahwa kilat tidak pergi dari langit ke bumi, tetapi terjadi di antara keduanya.

Mengapa petir menyambar?

Guntur adalah hasil dari gelombang kejut yang dihasilkan oleh ekspansi cepat saluran terionisasi. Mengapa kita melihat kilat terlebih dahulu dan kemudian mendengar guntur? Ini semua tentang perbedaan kecepatan suara (340,29 m/s) dan cahaya (299.792.458 m/s). Dengan menghitung detik antara guntur dan kilat dan mengalikannya dengan kecepatan suara, Anda dapat mengetahui berapa jarak yang disambar petir dari Anda.

Butuh pekerjaan di bidang fisika atmosfer? Untuk pembaca kami sekarang ada diskon 10% untuk

Jenis petir dan fakta tentang petir

Petir antara langit dan bumi bukanlah petir yang paling umum. Paling sering, petir terjadi di antara awan dan tidak menimbulkan ancaman. Selain petir terestrial dan intracloud, ada petir yang terbentuk di atmosfer bagian atas. Apa saja jenis petir di alam?

• Petir intra-awan;
• Bola petir;
• "Peri";
• jet;
• sprite.

Tiga jenis petir terakhir tidak dapat diamati tanpa perangkat khusus, karena mereka terbentuk pada ketinggian 40 kilometer ke atas.

Berikut fakta-fakta tentang petir:

• Panjang petir terpanjang yang tercatat di Bumi adalah 321 km. Petir ini terlihat di Oklahoma, 2007.
• Petir terlama bertahan 7,74 detik dan direkam di Pegunungan Alpen.
• Petir terbentuk tidak hanya pada Bumi. Tahu persis tentang petir di Venus, Jupiter, Saturnus dan Uranus. Petir Saturnus jutaan kali lebih kuat dari Bumi.
• Arus pada petir bisa mencapai ratusan ribu ampere, dan tegangannya bisa mencapai miliaran volt.
• Suhu saluran petir bisa mencapai 30000 derajat Celcius adalah 6 kali suhu permukaan matahari.

Bola api

bola api - tampilan terpisah kilat, yang sifatnya tetap menjadi misteri. Petir seperti itu bergerak di udara objek bercahaya berupa bola. Menurut beberapa kesaksian bola api itu bisa bergerak di sepanjang lintasan yang tidak terduga, terbelah menjadi petir yang lebih kecil, bisa meledak, atau bisa menghilang begitu saja. Ada banyak hipotesis tentang asal usul bola petir, tetapi tidak ada yang dapat dipercaya. Faktanya adalah tidak ada yang tahu bagaimana bola petir muncul. Beberapa hipotesis mengurangi pengamatan fenomena ini menjadi halusinasi. Bola petir belum pernah diamati di laboratorium. Semua ilmuwan bisa puas dengan laporan saksi mata.

Akhirnya, kami mengundang Anda untuk menonton video dan mengingatkan Anda: jika kertas kursus atau kendali jatuh di kepala Anda seperti kilat di hari yang cerah, jangan putus asa. Spesialis Layanan Mahasiswa telah membantu mahasiswa sejak tahun 2000. Cari bantuan yang memenuhi syarat kapan saja. 24 jam sehari, 7 hari dalam seminggu kami siap membantu anda.

Petir merupakan fenomena alam yang menyenangkan dan mengasyikkan. Pada saat yang sama, ini adalah salah satu yang paling berbahaya dan tidak dapat diprediksi Fenomena alam. Tapi apa yang sebenarnya kita ketahui tentang petir? Ilmuwan di seluruh dunia sedang mengumpulkan fakta petir, mencoba mereproduksinya di laboratorium mereka, mengukur kekuatan dan suhunya, tetapi tetap tidak dapat menentukan sifat petir dan memprediksi perilakunya. Tapi tetap saja, mari kita lihat Fakta Menarik tentang petir, yang sudah diketahui.

Saat ini, sekitar 1800 badai petir mengamuk di dunia.

Setiap tahun, Bumi mengalami rata-rata 25 juta sambaran petir atau lebih dari seratus ribu badai petir. Itu lebih dari 100 sambaran petir per detik.

Sambaran petir rata-rata berlangsung seperempat detik.

Anda dapat mendengar guntur 20 kilometer jauhnya dari kilat.

Debit petir merambat dengan kecepatan sekitar 190.000 km/s.

Panjang rata-rata debit petir adalah 3-4 kilometer.

Beberapa petir bergerak di udara dalam jalur bengkok, yang mungkin tidak melebihi ketebalan diameter jari Anda, dan panjang jalur petir akan menjadi 10-15 kilometer.

Suhu petir biasa bisa melebihi 30.000 derajat Celcius - itu sekitar 5 kali suhu permukaan matahari.

"Petir tidak pernah menyambar tempat yang sama dua kali." Sayangnya, ini hanyalah mitos. Petir sering menyambar tempat yang sama beberapa kali.

Orang Yunani kuno percaya bahwa ketika petir menyambar laut, mutiara baru akan muncul.

Pohon terkadang dapat menerima sambaran petir dan tetap tidak terbakar. Ini karena listrik melewati permukaan basah langsung ke tanah.

Saat petir menyambar, pasir berubah menjadi kaca. Setelah badai petir, Anda dapat menemukan garis-garis kaca di pasir.

Jika pakaian Anda basah, petir tidak akan terlalu membahayakan Anda.

Selama badai petir 6 jam di seluruh Amerika Serikat, 15.000 kilatan petir berkilauan di langit. Ada perasaan bahwa kilat itu terus menyala.

Gedung tertinggi di dunia, Menara CN, disambar petir sekitar 78 kali setahun.

Kilatan petir juga dapat dilihat di Venus, Jupiter, Saturnus, dan Uranus.

Pada Abad Pertengahan, diyakini bahwa guntur dan kilat adalah keturunan iblis, dan lonceng gereja menakut-nakuti roh jahat. Karena itu, selama badai petir, para biarawan terus-menerus mencoba membunyikan lonceng, dan, karenanya, paling sering menjadi korban petir.

Ketakutan irasional terhadap petir disebut keraunophobia. Takut guntur - brontofobia.

Ada antara 100 dan 1000 kejadian bola petir di Bumi pada saat yang sama, tetapi kemungkinan Anda akan melihat setidaknya salah satunya adalah 0,01%.

Rata-rata, sekitar 550 orang meninggal akibat sambaran petir di Rusia.

Sekitar seperempat dari semua orang yang menjadi korban sambaran petir meninggal.

Pria terbunuh oleh petir sekitar 6 kali lebih sering daripada wanita.

Telepon merupakan salah satu penyebab paling umum seseorang tersambar petir. Jangan berbicara di telepon selama badai petir, bahkan di dalam ruangan. Setelah sambaran petir, garis-garis bercabang tetap ada di tubuh manusia - tanda-tanda kilat. Menghilang saat ditekan dengan jari.

Pencetakan ulang artikel dan foto hanya diperbolehkan dengan hyperlink ke situs:

Mundurnya panas yang telah lama ditunggu-tunggu disertai dengan badai petir yang parah. Petersburg untuk minggu lalu dua badai petir yang kuat menyapu. Pemandangan itu mengerikan. Langit tampak retak dan terkoyak, kilat menyambar seperti ledakan.
Mengapa badai petir seperti itu muncul, bagaimana asalnya di atmosfer? Pertanyaan-pertanyaan seperti itu muncul di benak justru di masa yang penuh badai ini. Mari kita coba mencari tahu, mengandalkan sumber yang kompeten. Seperti yang akan Anda lihat suhu memainkan peran penting di sini.

Di mana badai petir paling sering terjadi?

Di atas benua di daerah tropis. Ada urutan besarnya lebih sedikit badai petir di atas lautan. Salah satu alasan asimetri ini adalah konveksi yang intens di daerah kontinental, di mana tanah secara efektif menghangat. radiasi sinar matahari. Kenaikan cepat udara panas berkontribusi pada pembentukan awan vertikal konvektif yang kuat, di bagian atas yang suhunya di bawah -40 ° C. Akibatnya, partikel es, butiran salju, hujan es terbentuk, interaksi yang dengan latar belakang aliran ke atas yang cepat menyebabkan pemisahan muatan.

Sekitar 78% dari semua sambaran petir terjadi antara 30 ° S. dan 30°N. Maksimum kepadatan rata-rata jumlah wabah per unit permukaan bumi diamati di Afrika (Rwanda). Seluruh cekungan Sungai Kongo dengan luas sekitar 3 juta km 2 secara teratur menunjukkan aktivitas petir tertinggi.

Bagaimana awan petir diisi?

Ini yang paling minat Tanyakan dalam "badai petir". Awan petir sangat besar. Agar medan listrik yang besarnya sebanding dengan medan tembus (sekitar 30 kV/cm untuk udara dalam kondisi normal) muncul pada skala beberapa kilometer, diperlukan pertukaran muatan acak selama tumbukan padatan atau cairan keruh. partikel mengarah pada efek kolektif yang konsisten dari penambahan arus mikro ke arus makroskopik dengan nilai yang sangat besar (beberapa ampere). Seperti yang ditunjukkan oleh pengukuran medan listrik di permukaan bumi, serta di dalam media berawan (pada balon, pesawat terbang, dan roket), dalam awan petir yang khas, muatan negatif "utama" - rata-rata beberapa puluh coulomb - menempati ketinggian interval yang sesuai dengan suhu dari 10 hingga 25 ° C. Muatan positif "utama" juga beberapa puluh liontin, tetapi terletak di atas negatif utama, oleh karena itu kebanyakan petir melepaskan awan-bumi memberi bumi muatan negatif. Namun, muatan positif yang lebih kecil (10 C) juga sering ditemukan di dasar awan.

Untuk menjelaskan struktur (tripol) medan dan muatan yang dijelaskan di atas dalam awan petir, banyak mekanisme pemisahan muatan yang dipertimbangkan. Mereka terutama bergantung pada faktor-faktor seperti suhu dan komposisi fase medium. Terlepas dari banyaknya berbagai mekanisme elektrifikasi mikrofisika, banyak penulis sekarang mempertimbangkan pertukaran muatan non-induktif utama selama tumbukan kristal es kecil (dengan ukuran dari unit hingga puluhan mikrometer) dan partikel butiran salju. PADA percobaan laboratorium ditemukan memiliki nilai karakteristik suhu di mana tanda muatan berubah, yang disebut. titik balik, biasanya antara 15 dan 20°C. Fitur inilah yang membuat mekanisme ini sangat populer karena, mengingat profil suhu yang khas di awan, ini menjelaskan struktur rangkap tiga dari distribusi kerapatan muatan.

Eksperimen terbaru menunjukkan bahwa banyak awan petir bahkan lebih struktur kompleks muatan ruang (hingga enam lapisan). Updraft di awan seperti itu bisa lemah, tetapi medan listrik memiliki struktur multilayer yang stabil. Di dekat isoterm nol (0 °C), cukup sempit (tebal beberapa ratus meter) dan lapisan muatan ruang yang stabil terbentuk di sini, yang sebagian besar bertanggung jawab atas aktivitas petir yang tinggi. Pertanyaan tentang mekanisme dan pola pembentukan lapisan muatan positif di sekitar isoterm nol tetap bisa diperdebatkan. Model yang dikembangkan di IAP, berdasarkan mekanisme pemisahan muatan selama pencairan partikel es, menegaskan pembentukan lapisan muatan positif selama pencairan partikel es di dekat isoterm nol pada ketinggian sekitar 4 km. Perhitungan menunjukkan bahwa struktur medan dengan maksimum sekitar 50 kV/m terbentuk dalam 10 menit.

Bagaimana petir menyambar?

Ada beberapa teori. Baru-baru ini, skenario petir baru telah diusulkan dan dipelajari, yang dikaitkan dengan pencapaian kekritisan yang diatur sendiri oleh cloud. Dalam model sel listrik (dengan ukuran karakteristik ~1–30 m) dengan potensi yang tumbuh secara acak dalam ruang dan waktu, kerusakan skala kecil yang terpisah antara sepasang sel dapat menyebabkan "epidemi" pelepasan muatan mikro intracloud - proses stokastik"metalisasi" fraktal dari lingkungan intracloud, mis. transisi yang cepat dari lingkungan cloud ke keadaan yang menyerupai jaringan utas konduktif dinamis yang banyak, di mana: terlihat oleh mata saluran petir - saluran plasma konduktif di mana muatan listrik utama ditransfer

Menurut beberapa ide, pelepasan diprakarsai oleh sinar kosmik berenergi tinggi, yang memicu proses yang disebut runaway breakdown. Menariknya, keberadaan struktur seluler medan listrik di awan petir ternyata penting untuk proses percepatan elektron ke energi relativistik. Sel listrik yang diorientasikan secara acak, bersama dengan percepatan, secara tajam meningkatkan masa pakai elektron relativistik di awan karena sifat difusi lintasannya. Hal ini memungkinkan untuk menjelaskan durasi yang signifikan dari ledakan sinar-X dan sinar gamma dan sifat hubungannya dengan kilatan petir. Peran sinar kosmik untuk listrik atmosfer harus diklarifikasi dengan eksperimen untuk mempelajari korelasinya dengan badai petir. Eksperimen semacam itu saat ini sedang dilakukan di gunung tinggi Tien Shan stasiun ilmiah Institut Fisik Akademi Ilmu Pengetahuan Rusia dan di Observatorium Baksan Neutrino di Institut penelitian nuklir RAN.

Kami juga mencatat bahwa fenomena pelepasan di atmosfer tengah, yang berkorelasi dengan aktivitas badai petir, telah menerima nama yang berbeda tergantung pada ketinggian di atas Bumi. Ini adalah sprite (area cahaya memanjang dari ketinggian 50-55 km hingga 85-90 km di atas tanah, dan durasi lampu kilat dari beberapa hingga puluhan milidetik), elf (ketinggian - 70-90 km, durasi kurang dari 100 s) dan pancaran (debit, awan yang dimulai di bagian atas dan terkadang merambat ke ketinggian mesosfer dengan kecepatan sekitar 100 km/s).

Suhu petir

Dalam literatur, orang dapat menemukan data bahwa suhu saluran petir selama pelepasan utama dapat melebihi 25.000 °C. Bukti nyata bahwa suhu petir dapat mencapai 1700 ° C ditemukan di puncak gunung berbatu dan di daerah dengan aktivitas badai petir yang kuat fulgurites (dari bahasa Latin fulgur - sambaran petir) - tabung kuarsa yang disinter dari sambaran petir, yang dapat dari berbagai bentuk-bentuk aneh.

Foto menunjukkan fulgurite ditemukan pada tahun 2006 di Arizona, AS (detail di www.notjustrocks.com). Munculnya tabung gelas disebabkan oleh fakta bahwa selalu ada udara dan uap air di antara butiran pasir. Arus listrik petir dalam sepersekian detik memanaskan udara dan uap air hingga suhu yang sangat tinggi, menyebabkan peningkatan tekanan udara yang eksplosif antara butiran pasir dan pemuaiannya. Udara yang mengembang membentuk rongga silinder di dalam pasir cair. Pendinginan cepat berikutnya memperbaiki fulgurite - tabung gelas di pasir. Fulgurites, terdiri dari silika yang dicairkan, biasanya berbentuk tabung kerucut setebal pensil atau jari. Permukaan bagian dalamnya halus dan meleleh, dan permukaan luarnya dibentuk oleh butiran pasir dan inklusi asing yang menempel pada massa yang meleleh. Warna fulgurit tergantung pada pengotor mineral di tanah berpasir. Fulgurite sangat rapuh, dan upaya untuk menghilangkan pasir yang menempel sering menyebabkan kehancurannya. Ini terutama berlaku untuk fulgurit bercabang yang terbentuk di pasir basah. Diameter fulgurit berbentuk tabung tidak lebih dari beberapa sentimeter, panjangnya bisa mencapai beberapa meter, fulgurit yang ditemukan panjangnya 5-6 meter.

Studi tentang petir dan listrik atmosfer secara umum sangat menarik dan penting. arah ilmiah. Banyak publikasi telah diterbitkan tentang topik ini. karya tulis ilmiah dan artikel populer. Tautan ke salah satu makalah ulasan paling komprehensif diberikan di akhir catatan kami.

Sebagai kesimpulan, saya ingin mencatat bahwa petir adalah ancaman serius bagi kehidupan manusia. Kekalahan seseorang atau hewan oleh petir sering terjadi di ruang terbuka, karena listrik ikut cara terpendek"badai awan-bumi". Petir sering mengenai pohon dan instalasi trafo pada kereta api menyebabkan mereka menyala. Tidak mungkin disambar petir linier biasa di dalam gedung, namun ada pendapat yang mengatakan bahwa yang disebut petir bola dapat menembus retakan dan buka jendela. Petir biasa berbahaya untuk antena televisi dan radio yang terletak di atap. gedung bertingkat, serta untuk peralatan jaringan.