Petir dari mana. Apa itu petir? Bagaimana terbentuknya dan dari mana fenomena alam ini berasal. Instalasi petir dan listrik

Petir adalah pelepasan percikan listrik statis yang terakumulasi dalam awan petir. Berbeda dengan pelepasan muatan yang dihasilkan di tempat kerja dan di rumah, muatan listrik yang terakumulasi di awan jauh lebih besar. Oleh karena itu, energi pelepasan percikan - petir dan arus yang timbul darinya sangat besar dan menimbulkan bahaya besar bagi manusia, hewan, bangunan. Petir disertai dengan impuls suara - guntur. Kombinasi petir dan guntur disebut badai petir.

Hujan badai merupakan fenomena alam yang sangat indah. Sebagai aturan, setelah badai petir, cuaca membaik, udara menjadi transparan, segar dan bersih, jenuh dengan ion yang terbentuk selama pelepasan petir. Meskipun demikian, harus diingat bahwa badai petir dalam kondisi tertentu dapat menimbulkan bahaya besar bagi manusia. Setiap orang harus mengetahui sifat badai petir, aturan perilaku selama badai petir dan metode perlindungan terhadap petir. Badai petir adalah proses atmosfer yang kompleks dan kejadiannya disebabkan oleh pembentukan awan cumulonimbus. Kekeruhan yang kuat adalah konsekuensi dari ketidakstabilan atmosfer yang signifikan. Badai petir dicirikan oleh angin kencang, sering kali hujan lebat "salju", terkadang disertai hujan es. Sebelum badai petir "dalam satu atau dua jam", tekanan atmosfer mulai turun dengan cepat, sampai angin tiba-tiba meningkat, dan kemudian mulai naik.

Badai petir dapat dibagi menjadi lokal, frontal, malam, di pegunungan. Paling sering, seseorang menghadapi badai petir lokal atau termal. Uap air dalam aliran udara hangat yang naik mengembun pada ketinggian, sementara banyak panas dilepaskan, dan udara yang naik mengalir memanas.Dibandingkan dengan udara di sekitarnya, udara yang naik lebih hangat, volumenya meningkat hingga berubah menjadi sebuah awan petir. Awan badai besar mengandung kristal es dan tetesan air. Sebagai hasil dari penghancuran dan gesekan antara mereka sendiri dan terhadap udara, muatan positif dan negatif terbentuk, di bawah pengaruh medan elektrostatik yang kuat muncul "intensitas medan elektrostatik dapat mencapai 100.000 V / m". Dan perbedaan potensial antara bagian individu dari awan, awan atau awan dan bumi mencapai nilai yang sangat besar. Ketika tegangan listrik kritis di udara tercapai, ionisasi udara seperti longsoran terjadi - pelepasan percikan petir.

Badai petir frontal terjadi ketika massa udara dingin memasuki daerah yang didominasi oleh cuaca hangat. Udara dingin menggantikan udara hangat, sedangkan yang terakhir naik ke ketinggian 5-7 km. Lapisan udara hangat menyerang vortisitas dari berbagai arah, badai terbentuk, gesekan kuat antara lapisan udara, yang berkontribusi pada akumulasi muatan listrik. Panjang badai petir frontal bisa mencapai 100 km. Tidak seperti badai petir lokal, biasanya menjadi lebih dingin setelah badai petir frontal. Badai petir malam dikaitkan dengan pendinginan bumi di malam hari dan pembentukan arus eddy dari udara yang turun.

Badai petir di pegunungan dijelaskan oleh perbedaan radiasi matahari di mana lereng selatan dan utara pegunungan terpapar. Badai petir di malam hari dan gunung bersifat portabel dan berumur pendek. Aktivitas badai petir di berbagai bagian planet kita berbeda. Pusat badai petir dunia: Pulau Jawa - 220 guntur es per tahun; Afrika Khatulistiwa - 150; Meksiko Selatan - 142; Panama 132; Brasil Tengah - 106. Rusia: Murmansk - 5; Arkhangelsk - 10; Sankt Peterburg - 15; Moskow - 20. Sebagai aturan, semakin jauh ke selatan "untuk belahan bumi utara" dan ke utara "untuk belahan bumi selatan", semakin tinggi aktivitas badai petir. Badai petir di Kutub Utara dan Antartika sangat jarang terjadi. Di Bumi, ada 16 juta badai petir per tahun. Untuk setiap m2 permukaan bumi, terjadi 2-3 kali sambaran petir per tahun. Bumi paling sering disambar petir dari awan bermuatan negatif.

Menurut jenis petir, mereka dibagi menjadi: linier, mutiara dan bola. Petir mutiara dan bola cukup langka. Karakteristik mereka: petir linier umum, yang sering ditemui setiap orang, memiliki bentuk garis bercabang. Besarnya arus dalam saluran petir linier rata-rata 60 - 170 kA, petir dengan arus 290 kA terdaftar. Petir rata-rata memiliki energi L0 kW/h "900 MJ". Debit berkembang dalam beberapa seperseribu detik; pada arus setinggi itu, udara di zona saluran petir hampir seketika memanas hingga suhu 30.000 - 33.000°C. Akibatnya, tekanan akan mencoba dengan tajam, udara mengembang dan gelombang kejut terjadi, disertai dengan impuls suara - guntur. *Petir mutiara adalah fenomena yang sangat langka dan indah. Muncul segera setelah kilat linier dan menghilang secara bertahap. Paling sering, pelepasan petir mutiara mengikuti jalur yang diperbaiki. Petir tampak terpisah 12 m dan menyerupai mutiara yang digantungkan pada seutas tali. Pearl Lightning dapat disertai dengan efek suara yang luar biasa.

Bola petir juga cukup langka. Untuk ribuan petir linier biasa, ada 2-3 bola petir. Petir bola, sebagai suatu peraturan, muncul lebih sering menjelang akhir badai petir, lebih jarang setelah badai petir. Bisa berbentuk bola, ellipsoid, pir, piringan, bahkan rantai bola. Warna petir - merah, kuning, oranye-merah. Terkadang kilat berwarna putih menyilaukan dengan garis luar yang sangat tajam. Warna ditentukan oleh kandungan berbagai zat di udara. Bentuk dan warna petir dapat berubah selama pelepasan. Tidak mungkin mengukur parameter petir bola dan mensimulasikannya dalam kondisi laboratorium. Rupanya, banyak benda terbang tak dikenal yang diamati "UFO" serupa atau dekat dengan bola petir di alam.

Faktor berbahaya dari paparan petir: Petir linier. Karena kenyataan bahwa petir dicirikan oleh arus, tegangan, dan suhu pelepasan yang tinggi, dampaknya pada seseorang, sebagai suatu peraturan, menyebabkan kematian mereka. Rata-rata, sekitar 3.000 orang meninggal setiap tahun akibat sambaran petir di dunia, dan kasus kekalahan simultan beberapa orang diketahui. Pelepasan petir mengikuti jalur dengan hambatan listrik paling kecil: jika dua tiang ditempatkan berdampingan - tiang logam dan tiang kayu tinggi, maka petir kemungkinan akan menyambar tiang logam, meskipun lebih rendah, karena konduktivitas listrik tiang tersebut. logam lebih tinggi; petir juga menyambar tanah liat dan daerah basah lebih sering daripada daerah kering dan berpasir, karena yang pertama memiliki konduktivitas listrik yang lebih besar; di hutan, petir juga bertindak secara selektif, terutama jatuh ke pohon gugur seperti ek, poplar, willow, abu, karena mengandung banyak pati. Pohon jenis konifera - cemara, cemara, larch dan pohon gugur seperti linden, walnut, beech mengandung banyak minyak, oleh karena itu mereka memiliki hambatan listrik yang besar, dan petir lebih jarang menyerang mereka.

Dari 100 pohon, sambaran petir: 27 persen pohon poplar; 20 persen pir; 12 persen jeruk nipis; 8 persen cemara dan hanya 0,5 persen cedar. Selain merusak manusia dan hewan, petir linier sering menyebabkan kebakaran hutan, serta bangunan perumahan dan industri, terutama di daerah pedesaan. Dalam hal ini, perlu untuk mengambil perlindungan khusus terhadap kerusakan oleh petir linier. Bola petir. Jika sifat petir linier jelas, dan akibatnya perilakunya dapat diprediksi, maka sifat petir bola masih belum jelas. Bahaya memukul seseorang dengan bola petir, pertama-tama, terkait dengan kurangnya metode dan aturan untuk melindungi seseorang darinya.

Pada 1753, fisikawan Rusia Georg Wilhelm Richmann, rekan M.V. Lomonosov, terbunuh oleh bola petir selama badai petir saat menyelidiki pelepasan percikan di atmosfer. Ada banyak kasus orang mati saat bertemu dengan bola petir. Sebuah insiden dramatis terjadi pada sekelompok lima pendaki Soviet pada 17 Agustus 1978 di Kaukasus pada ketinggian sekitar 4000m, di mana mereka berhenti pada malam yang cerah dan dingin untuk malam itu. Sebuah bola kuning muda seukuran bola tenis terbang ke tenda pemanjat. Balon itu melayang di atas kantong tidur tempat para pendaki berada, dan secara metodis, menurut beberapa rencananya sendiri, menembus ke dalam kantong tidur. Setiap "kunjungan" semacam itu menyebabkan tangisan putus asa yang tidak manusiawi, orang-orang merasakan sakit yang parah, seolah-olah mereka dibakar dengan autogenous, dan kehilangan kesadaran. Mereka tidak bisa menggerakkan tangan atau kaki mereka. Setelah balon "mengunjungi" kantong tidur masing-masing pendaki beberapa kali, balon itu menghilang. Semua pendaki menerima banyak luka parah. Ini bukan luka bakar, tapi robekan: otot-ototnya tercabik-cabik, sampai ke tulang. Salah satu pendaki - Oleg Korovin - terbunuh oleh bola. Pada saat yang sama, bola petir tidak menyentuh satu benda pun di tenda, tetapi hanya melumpuhkan orang.

Perilaku bola petir tidak dapat diprediksi. Dia tiba-tiba muncul di mana saja, termasuk di dalam ruangan. Ada kasus munculnya bola petir dari penerima telepon, pisau cukur listrik, sakelar, soket, pengeras suara. Cukup sering menembus bangunan melalui pipa, membuka jendela dan pintu. Ukuran bola petir berkisar dari beberapa sentimeter hingga beberapa meter. Biasanya dengan mudah mengapung atau menggelinding di atas tanah, terkadang melompat. Bereaksi terhadap angin, draft, naik dan arus udara saat ini. Namun, kasus dicatat ketika bola petir tidak bereaksi terhadap aliran udara.

Petir bola dapat muncul tanpa membahayakan seseorang atau ruangan, terbang ke jendela dan menghilang dari ruangan melalui pintu atau cerobong yang terbuka, terbang melewati seseorang. Setiap kontak dengan itu menyebabkan cedera parah, luka bakar, dan dalam banyak kasus kematian. Petir yang luas bisa meledak. Gelombang udara yang dihasilkan dapat melukai seseorang atau menyebabkan kehancuran pada suatu bangunan. Ada kasus ledakan petir yang diketahui di kompor, cerobong asap, yang menyebabkan kehancuran yang terakhir. Bukti yang dikumpulkan tentang perilaku bola miopia mengatakan bahwa dalam kebanyakan kasus ledakan itu tidak berbahaya, konsekuensi serius terjadi pada 10 dari 100 kasus. Diyakini bahwa petir bola memiliki suhu sekitar 5000 ° C dan dapat memicu kebakaran.

`Aturan perilaku selama badai petir:

Kita melihat kilatan petir hampir seketika, saat cahaya bergerak dengan kecepatan 300.000 km/s. Cepat rambat bunyi di udara kira-kira 344 m/s, artinya bunyi merambat 1 km dalam waktu kira-kira 3 sekon. Petir berbahaya ketika kilatan guntur segera menyusul, yang berarti awan petir ada di atas Anda, dan kemungkinan besar bahaya sambaran petir. Tindakan Anda sebelum dan selama badai petir harus di musim dingin: tinggalkan rumah, tutup jendela, pintu, dan cerobong asap, berhati-hatilah agar tidak ada angin yang dapat menarik bola petir. Selama badai petir, jangan memanaskan kompor, karena asap yang keluar dari cerobong memiliki konduktivitas listrik yang tinggi, dan kemungkinan sambaran petir ke cerobong asap yang naik di atas atap meningkat; selama badai petir, jauhi kabel listrik, antena, jendela, pintu, dan segala sesuatu yang berhubungan dengan lingkungan eksternal. Jangan berada di dekat dinding, di sebelahnya tumbuh pohon yang tinggi; putuskan sambungan radio dan TV dari jaringan, jangan gunakan peralatan listrik dan telepon "ini sangat penting untuk daerah pedesaan"; “dan waktu untuk berjalan bersembunyi di gedung terdekat. Badai petir sangat berbahaya di lapangan. Saat mencari tempat berlindung, berikan preferensi pada struktur logam besar atau struktur dengan rangka logam, bangunan tempat tinggal atau bangunan fugue yang dilindungi oleh penangkal petir; jika tidak mungkin bersembunyi di gedung, tidak perlu bersembunyi di gubuk kecil, di bawah pohon yang sepi; jangan tinggal di bukit dan tempat terbuka yang tidak terlindungi, di dekat pagar logam atau jala, benda logam besar, dinding basah, penangkal petir; jika tidak ada tempat berlindung, berbaringlah di tanah, sementara preferensi harus diberikan pada tanah berpasir kering, jauh dari reservoir; jika badai petir menangkap Anda di hutan, Anda perlu mencari-cari di area dengan pohon berukuran kecil. Anda tidak dapat bersembunyi di bawah pohon-pohon tinggi, terutama pinus, ek, poplar. Lebih baik berada pada jarak 30 m dari satu pohon tinggi. Perhatikan apakah ada pohon terdekat yang sebelumnya disambar petir, terbelah. Lebih baik menjauh dari tempat ini. Banyaknya pohon yang tersambar petir menunjukkan bahwa tanah di daerah ini memiliki konduktivitas listrik yang tinggi, dan sambaran petir di daerah lumpur sangat mungkin terjadi selama badai petir, Anda tidak dapat berada di air dan di dekat air - berenang, memancing . Hal ini diperlukan untuk menjauh dari baret, dan di pegunungan menjauh dari punggungan gunung dengan lompatan dan puncak yang menjulang tinggi. Saat mendekati badai petir di pegunungan, Anda harus turun serendah mungkin. Kumpulkan benda-benda logam - kait panjat, kapak es, pot di ransel dan turunkan dengan tali 20-30 m di lereng; selama badai petir, jangan berolahraga di luar ruangan, jangan berlari, karena diyakini bahwa keringat dan gerakan cepat "menarik" petir; jika Anda terjebak dalam badai petir dengan sepeda atau sepeda motor, berhenti bergerak, tinggalkan mereka dan tunggu badai petir pada jarak sekitar 30 m dari mereka; jika badai petir menangkap Anda di dalam mobil, Anda tidak perlu meninggalkannya. Penting untuk menutup jendela dan menurunkan antena mobil. Mengemudi selama badai petir tidak disarankan, karena badai petir biasanya disertai dengan hujan deras yang mengganggu jarak pandang di jalan, dan kilatan petir dapat membutakan dan menyebabkan ketakutan dan, sebagai akibatnya, kecelakaan; saat bertemu dengan bola petir, jangan menunjukkan aktivitas apa pun ke arahnya, jika memungkinkan, tetap tenang dan jangan bergerak. Tidak perlu mendekatinya, menyentuhnya dengan apa pun, karena. ledakan dapat terjadi. Anda tidak boleh lari dari bola petir, karena ini dapat menyebabkan aliran udara yang dihasilkan.

Perlindungan petir:

Sarana perlindungan yang efektif terhadap petir adalah penangkal petir.Prioritas penemuan penangkal petir adalah milik orang Amerika Benjamin Franklin "1749". Agak kemudian, pada 1758, terlepas dari dia, penangkal petir ditemukan oleh M.V. Lomonosov. Proteksi petir dengan memasang penangkal petir didasarkan pada sifat petir untuk menyambar struktur logam yang paling tinggi dan membumi dengan baik. Penangkal petir terdiri dari tiga bagian utama: penangkal petir yang merasakan sambaran petir; memimpin arus yang menghubungkan penangkal petir ke elektroda tanah, di mana arus petir mengalir ke tanah. Menurut jenis penerima, yang paling umum adalah batang dan kabel. Penangkal petir dibagi menjadi: tunggal, ganda dan ganda.

Zona perlindungan terbentuk di sekitar penangkal petir, yaitu ruang di mana bangunan atau benda lain dilindungi dari sambaran petir langsung. Tingkat perlindungan di kawasan ini lebih dari 95 persen. Artinya dari 100 sambaran petir terhadap objek yang dilindungi, kurang dari 5 kasus yang mungkin terjadi, sisa sambaran akan diterima oleh penangkal petir. Zona proteksi dibatasi oleh generator dua kerucut, salah satunya memiliki ketinggian h sama dengan ketinggian penangkal petir dan jari-jari alas R = 0,75 jam, dan yang lainnya memiliki ketinggian 0,8 jam dan jari-jari alas 1,5 h "dengan jari-jari dasar kerucut kedua R = perlindungan h adalah 99 persen efektif."

Penangkal petir Penangkal petir terbuat dari baja profil apapun, biasanya bulat, dengan penampang minimal 100 mm2 dan panjang minimal 200 mm. Dicat untuk perlindungan korosi. Penangkal petir kawat penangkal petir terbuat dari kawat logam dengan diameter sekitar 7 mm. Kabel arus harus tahan terhadap pemanasan ketika arus petir yang sangat tinggi mengalir dalam waktu singkat, sehingga terbuat dari logam dengan resistansi rendah. Penampang konduktor arus di udara tidak boleh kurang dari 48 mm2, dan di tanah - 160 mm2 Konduktor pembumian adalah elemen paling penting dari proteksi petir. Tujuannya adalah untuk memberikan resistensi yang cukup rendah terhadap penyebaran arus petir di tanah. Sebagai konduktor pentanahan, Anda dapat menggunakan pipa logam yang terkubur di tanah hingga kedalaman 2 - 2,5 m, pelat, gulungan kawat dan jaring, potongan (fitting predator. Dianjurkan untuk memasang penangkal petir di bukit untuk mempersingkat jalur petir dan menambah ukuran zona perlindungan Cerobong asap, atap pelana , tepian di atap, antena televisi harus diarde menggunakan konduktor arus.Disarankan untuk menghubungkan pipa pembuangan logam dan tangga yang mengarah ke atap ke konduktor arus atau ground secara terpisah.

Kabut, naik tinggi di atas tanah, terdiri dari partikel air dan membentuk awan. Awan yang lebih besar dan lebih berat disebut awan. Beberapa awan sederhana - mereka tidak menyebabkan kilat dan guntur. Yang lainnya disebut badai petir, karena merekalah yang menciptakan badai petir, membentuk kilat dan guntur. Awan petir berbeda dari awan hujan sederhana karena mereka bermuatan listrik: ada yang positif, ada yang negatif.

Bagaimana awan petir terbentuk?

Semua orang tahu seberapa kuat angin saat badai. Tetapi angin puyuh udara yang lebih kuat terbentuk lebih tinggi di atas tanah, di mana hutan dan gunung tidak mengganggu pergerakan udara. Angin ini adalah sumber utama listrik positif dan negatif di awan. Untuk memahami hal ini, pertimbangkan bagaimana listrik didistribusikan di setiap tetes air. Penurunan seperti itu ditunjukkan diperbesar pada Gambar. 8. Di tengahnya ada listrik positif, dan listrik negatif yang sama dengannya terletak di permukaan drop. Tetesan hujan yang jatuh diambil oleh angin dan memasuki arus udara. Angin yang memukul jatuh dengan kekuatan memecahnya menjadi berkeping-keping. Dalam hal ini, partikel luar drop yang terlepas ternyata bermuatan listrik negatif. Bagian drop yang lebih besar dan lebih berat yang tersisa diisi dengan listrik positif. Bagian awan itu, di mana partikel-partikel berat dari tetesan terakumulasi, bermuatan listrik positif.

Beras. 8. Beginilah cara listrik didistribusikan dalam rintik hujan. Listrik positif di dalam drop diwakili oleh satu (besar) tanda "+".

Semakin kuat angin, semakin cepat awan diisi dengan listrik. Angin mengeluarkan sejumlah pekerjaan, yang digunakan untuk memisahkan listrik positif dan negatif.

Hujan yang turun dari awan membawa sebagian listrik awan ke tanah, dan dengan demikian terjadi tarik-menarik listrik antara awan dan bumi.

pada gambar. 9 menunjukkan distribusi listrik di awan dan di permukaan bumi. Jika awan diisi dengan listrik negatif, maka, mencoba menariknya, listrik positif bumi akan didistribusikan di permukaan semua benda tinggi yang menghantarkan arus listrik. Semakin tinggi objek berdiri di tanah, semakin kecil jarak antara bagian atas dan bagian bawah awan, dan semakin kecil lapisan udara yang tersisa di sini, memisahkan listrik yang berlawanan. Jelas, di tempat-tempat seperti itu petir lebih mudah menembus ke tanah. Kami akan membicarakan ini secara lebih rinci nanti.

Beras. 9. Distribusi listrik di awan petir dan objek tanah.

Mendekati pohon atau rumah yang tinggi, awan petir yang bermuatan listrik bekerja padanya dengan cara yang persis sama seperti pada percobaan terakhir yang telah kita bahas, sebuah batang bermuatan bekerja pada elektroskop. Di atas pohon atau di atap rumah, listrik dari jenis yang berbeda diperoleh melalui pengaruh daripada yang dibawa oleh awan. Jadi, misalnya, pada Gambar. 9 awan bermuatan listrik negatif menarik listrik positif ke atap, dan listrik negatif rumah masuk ke tanah.

Baik listrik - di awan maupun di atap rumah - cenderung saling tarik menarik. Jika ada banyak listrik di awan, maka banyak listrik yang dihasilkan di rumah melalui pengaruhnya. Sama seperti air yang naik dapat mengikis bendungan dan mengalir deras dalam aliran yang bergejolak, membanjiri lembah dalam gerakannya yang tidak terkendali, demikian pula listrik yang semakin menumpuk di awan akhirnya dapat menembus lapisan udara yang memisahkannya dari permukaan bumi. dan bergegas turun menuju bumi, menuju listrik yang berlawanan. Akan ada pelepasan yang kuat - percikan listrik akan menyelinap di antara awan dan rumah.

Ini adalah petir yang menyambar rumah.

Pelepasan petir dapat terjadi tidak hanya antara awan dan bumi, tetapi juga antara dua awan yang bermuatan listrik dari berbagai jenis.

Paling sering, petir yang menyambar tanah berasal dari awan yang bermuatan listrik negatif. Petir yang menyambar dari awan semacam itu berkembang seperti ini.

Pertama, elektron mulai mengalir dari awan menuju tanah dalam jumlah kecil, di saluran sempit, membentuk sesuatu yang mirip dengan aliran di udara. pada gambar. 10 menunjukkan awal pembentukan petir ini. Di bagian awan tempat pembentukan saluran dimulai, elektron telah terakumulasi, yang memiliki kecepatan gerakan tinggi, yang karenanya, bertabrakan dengan atom udara, mereka memecahnya menjadi inti dan elektron. Elektron yang dilepaskan pada saat yang sama juga bergegas menuju bumi dan, sekali lagi bertabrakan dengan atom udara, membelahnya. Ini seperti salju yang turun di pegunungan, ketika pada awalnya sebuah gumpalan kecil, bergulir ke bawah, ditumbuhi kepingan salju yang menempel padanya, dan, mempercepat larinya, berubah menjadi longsoran salju yang hebat. Dan di sini longsoran elektron menangkap semakin banyak volume udara, membelah atom-atomnya menjadi beberapa bagian. Pada saat yang sama, udara menghangat, dan ketika suhu naik, konduktivitasnya meningkat; itu berubah dari isolator ke konduktor. Melalui saluran udara konduktif yang dihasilkan, semakin banyak listrik mulai mengalir dari awan. Listrik mendekati bumi dengan kecepatan luar biasa, mencapai 100 kilometer per detik. Sebagai perbandingan, kita ingat bahwa kecepatan proyektil dari senjata modern tidak melebihi dua kilometer per detik.

Beras. 10. Pembentukan petir dimulai di awan.

Dalam seperseratus detik, longsoran elektron mencapai tanah. Ini hanya mengakhiri bagian pertama, bisa dikatakan, "persiapan" dari petir: petir telah sampai ke tanah. Kedua, bagian utama dari pengembangan petir masih di depan.

Bagian yang dianggap dari formasi petir disebut pemimpin. Kata asing ini berarti "memimpin" dalam bahasa Rusia. Pemimpin membuka jalan bagi bagian petir kedua yang lebih kuat; bagian ini disebut bagian utama.

Segera setelah saluran mencapai tanah, listrik mulai mengalir melaluinya dengan lebih deras dan cepat. Sekarang ada hubungan antara listrik negatif yang terkumpul di saluran dan listrik positif yang jatuh ke tanah dengan tetesan air hujan dan melalui pengaruh listrik - ada pelepasan listrik antara awan dan tanah. Pelepasan seperti itu adalah arus listrik dengan kekuatan yang sangat besar - gaya ini jauh lebih besar daripada kekuatan arus dalam jaringan listrik konvensional. Arus yang mengalir di saluran meningkat sangat cepat, dan ketika mencapai kekuatan maksimumnya, ia mulai berkurang secara bertahap. Saluran petir yang melaluinya arus kuat seperti itu sangat panas dan karenanya bersinar terang. Tetapi waktu aliran arus dalam debit petir sangat singkat. Pelepasan berlangsung sepersekian detik yang sangat kecil, dan oleh karena itu energi listrik yang diperoleh selama pengosongan relatif kecil.

pada gambar. 11 menunjukkan kemajuan bertahap dari pemimpin petir menuju tanah (tiga angka pertama di sebelah kiri). Tiga angka terakhir menunjukkan momen terpisah dari pembentukan bagian kedua (utama) petir.

Beras. 11. Perkembangan bertahap dari pemimpin petir (tiga gambar pertama) dan bagian utamanya (tiga gambar terakhir).

Seseorang yang melihat kilat, tentu saja, tidak akan dapat membedakan pemimpinnya dari bagian utama, karena mereka mengikuti satu sama lain dengan sangat cepat, di sepanjang jalan yang sama. Namun dengan bantuan alat fotografi, kedua proses tersebut dapat terlihat dengan jelas. Peralatan fotografi yang digunakan dalam kasus ini adalah khusus. Perbedaan utamanya dari kamera biasa adalah bahwa rekamannya bulat dan berputar selama pemotretan - seperti piringan hitam gramofon. Karena itu, gambar yang diambil oleh perangkat semacam itu diregangkan, "diolesi".

Setelah penyambungan dua listrik yang berbeda jenis, arus putus. Namun, petir biasanya tidak berakhir di situ. Seringkali, di sepanjang jalan yang diletakkan oleh kategori pertama, seorang pemimpin baru segera bergegas, dan di belakangnya, di sepanjang jalan yang sama, bagian utama dari kategori itu kembali berjalan. Dengan demikian berakhirlah kategori kedua.

Pelepasan terpisah seperti itu, masing-masing terdiri dari pemimpin dan bagian utamanya, dapat membentuk hingga 50 buah. Paling sering ada 2-3 dari mereka. Munculnya debit individu membuat kilat terputus-putus, dan sering kali seseorang yang melihat kilat melihatnya berkedip.

Ini adalah alasan kilatan petir.

Karena kilat terdiri dari beberapa kilatan cahaya yang bergantian dengan cepat, gambar terpisah muncul pada pelat fotografi yang berputar, terletak pada jarak tertentu satu sama lain. Jarak antar gambar akan semakin besar, semakin cepat piringan berputar.

Waktu antara pembentukan pelepasan individu sangat singkat; itu tidak melebihi seperseratus detik. Jika jumlah debitnya sangat besar, maka durasi petir bisa mencapai satu detik penuh bahkan beberapa detik. Petir tidak begitu "cepat" seperti yang dibayangkan sebelumnya!

Kami hanya mempertimbangkan satu jenis petir, yang paling umum. Petir ini disebut kilat linier karena tampak dengan mata telanjang sebagai garis - pita sempit berwarna putih, biru muda, atau merah muda cerah. Petir linier memiliki panjang ratusan meter hingga beberapa kilometer. Jalur petir biasanya zigzag. Seringkali petir memiliki banyak cabang. Seperti yang telah disebutkan, pelepasan petir linier dapat terjadi tidak hanya antara awan dan tanah, tetapi juga antara awan.

pada gambar. 12 menunjukkan kilat linier.

Beras. 12. Ritsleting linier.

Petir linier biasanya disertai dengan suara menggelinding yang kuat yang disebut guntur. Guntur terjadi karena alasan berikut. Kita telah melihat bahwa arus di saluran petir terbentuk dalam waktu yang sangat singkat. Pada saat yang sama, udara di saluran memanas dengan sangat cepat dan kuat, dan dari pemanasan itu mengembang. Ekspansinya sangat cepat sehingga menyerupai ledakan. Ledakan ini memberikan getaran udara, yang disertai dengan suara yang kuat. Setelah arus terputus secara tiba-tiba, suhu di saluran petir turun dengan cepat saat panas keluar ke atmosfer. Saluran mendingin dengan cepat, dan karenanya udara di dalamnya terkompresi dengan tajam. Ini juga menyebabkan getaran udara, yang sekali lagi membentuk suara. Jelas bahwa sambaran petir yang berulang dapat menyebabkan raungan dan kebisingan yang berkepanjangan. Pada gilirannya, suara dipantulkan dari awan, bumi, rumah, dan objek lain dan, menciptakan banyak gema, memperpanjang guntur. Itu sebabnya guntur menggelegar.

Seperti suara apa pun, guntur merambat di udara dengan kecepatan yang relatif rendah - sekitar 330 meter per detik. Kecepatan ini hanya satu setengah kali kecepatan pesawat modern. Jika seorang pengamat pertama kali melihat kilat dan hanya setelah beberapa saat mendengar guntur, maka ia dapat menentukan jarak yang memisahkannya dari kilat. Misalnya, 5 detik berlalu antara kilat dan guntur. Karena dalam setiap detik suara menempuh jarak 330 meter, dalam lima detik guntur menempuh jarak lima kali lebih besar, yaitu 1.650 meter. Artinya, petir menyambar kurang dari dua kilometer dari pengamat.

Dalam cuaca tenang, guntur terdengar dalam 70–90 detik, melewati 25–30 kilometer. Badai petir yang melintas pada jarak kurang dari tiga kilometer dari pengamat dianggap dekat, dan badai petir yang lewat pada jarak yang lebih jauh dianggap jauh.

Selain linier, ada, meskipun lebih jarang, petir jenis lain. Dari jumlah tersebut, kami akan mempertimbangkan satu, yang paling menarik - bola petir.

Terkadang ada pelepasan petir, yang merupakan bola api. Bagaimana bola petir terbentuk belum dipelajari, tetapi pengamatan yang tersedia pada jenis pelepasan petir yang menarik ini memungkinkan kita untuk menarik beberapa kesimpulan. Berikut adalah salah satu deskripsi yang paling menarik dari bola petir.

Inilah yang dilaporkan ilmuwan Prancis Flammarion yang terkenal:

“Pada tanggal 7 Juni 1886, pada pukul setengah tujuh malam, selama badai petir yang terjadi di atas kota Grey Prancis, langit tiba-tiba menyala dengan kilat merah lebar, dan dengan derak yang mengerikan, bola api jatuh dari langit, tampaknya 30–40 sentimeter. Menyebarkan percikan api, dia menabrak ujung bubungan atap, memukul sepotong lebih dari setengah meter dari balok utamanya, membaginya menjadi potongan-potongan kecil, menutupi loteng dengan puing-puing dan menurunkan plester dari langit-langit lantai atas. . Kemudian bola ini melompat ke atap pintu masuk, membuat lubang di dalamnya, jatuh ke jalan dan, setelah berguling agak jauh, secara bertahap menghilang. Bola tidak menyebabkan kebakaran dan tidak melukai siapa pun, terlepas dari kenyataan bahwa ada banyak orang di jalan.

pada gambar. 13 menunjukkan bola kilat yang ditangkap oleh kamera fotografi, dan pada gambar. 14 menunjukkan gambar seorang seniman yang melukis bola petir yang jatuh ke halaman.

Beras. 13. Bola petir.

Beras. 14. Bola petir. (Dari lukisan seniman.)

Paling sering, bola petir memiliki bentuk semangka atau pir. Itu berlangsung relatif lama - dari sepersekian detik hingga beberapa menit. Durasi paling umum dari petir bola adalah dari 3 hingga 5 detik. Petir bola paling sering muncul di ujung badai dalam bentuk bola bercahaya merah dengan diameter 10 hingga 20 sentimeter. Dalam kasus yang lebih jarang, itu juga besar. Misalnya, petir difoto dengan diameter sekitar 10 meter.

Bola terkadang bisa berwarna putih menyilaukan dan memiliki garis luar yang sangat tajam. Biasanya, bola petir mengeluarkan suara siulan, dengungan, atau desis.

Petir bola bisa menghilang secara diam-diam, tetapi bisa membuat derak samar atau bahkan ledakan yang memekakkan telinga. Menghilang, sering meninggalkan kabut berbau tajam. Di dekat tanah atau di ruang tertutup, bola petir bergerak dengan kecepatan orang yang sedang berlari - kira-kira dua meter per detik. Itu bisa tetap diam untuk beberapa waktu, dan bola "menetap" seperti itu mendesis dan mengeluarkan percikan api sampai menghilang. Kadang-kadang tampaknya bola petir didorong oleh angin, tetapi biasanya gerakannya tidak bergantung pada angin.

Petir bola tertarik ke ruang tertutup, yang mereka masuki melalui jendela atau pintu yang terbuka, dan kadang-kadang bahkan melalui celah kecil. Terompet adalah cara yang baik bagi mereka; oleh karena itu bola api sering kali berasal dari kompor di dapur. Setelah mengitari ruangan, bola petir meninggalkan ruangan, sering meninggalkan jalan yang sama dengan yang dimasukinya.

Terkadang petir naik dan turun dua atau tiga kali pada jarak dari beberapa sentimeter hingga beberapa meter. Bersamaan dengan pendakian dan penurunan ini, bola api terkadang bergerak ke arah horizontal, dan kemudian seolah-olah bola petir membuat lompatan.

Seringkali, bola petir "mengendap" pada konduktor, lebih memilih titik tertinggi, atau berguling di sepanjang konduktor, misalnya, di sepanjang pipa pembuangan. Bergerak melalui tubuh orang, terkadang di bawah pakaian, bola api menyebabkan luka bakar parah dan bahkan kematian. Ada banyak deskripsi kasus cedera fatal pada manusia dan hewan oleh petir bola. Petir bola dapat menyebabkan kerusakan yang sangat parah pada bangunan.

Belum ada penjelasan ilmiah yang lengkap tentang bola petir. Para ilmuwan telah dengan keras kepala mempelajari bola petir, tetapi sejauh ini belum mungkin untuk menjelaskan semua manifestasinya yang beragam. Masih banyak karya ilmiah yang harus dilakukan di bidang ini. Tentu saja, tidak ada yang misterius, "supranatural" dalam bola petir juga. Ini adalah pelepasan listrik, yang asalnya sama dengan petir linier. Tidak diragukan lagi, dalam waktu dekat, para ilmuwan akan mampu menjelaskan semua detail petir bola serta mereka mampu menjelaskan semua detail petir linier.

16.05.2017 18:00 6038

Dari mana datangnya guntur dan kilat?

Semua orang tahu apa itu badai petir - itu adalah kilatan petir dan deru guntur. Banyak orang (terutama anak-anak) bahkan sangat takut padanya. Tapi dari mana datangnya guntur dan kilat? Dan secara umum, fenomena macam apa ini?

Badai petir memang merupakan fenomena alam yang agak tidak menyenangkan bahkan menakutkan, ketika mendung, awan tebal menutupi matahari, kilat menyambar, guntur bergemuruh, dan hujan turun dari langit ...

Dan suara yang timbul dalam hal ini tidak lebih dari gelombang yang disebabkan oleh getaran kuat di udara. Dalam kebanyakan kasus, volume meningkat menjelang akhir gulungan. Ini karena pantulan suara dari awan. Inilah yang dimaksud dengan guntur.

Petir adalah pelepasan energi listrik yang sangat kuat. Ini terjadi sebagai akibat dari elektrifikasi awan atau permukaan bumi yang kuat. Pelepasan listrik terjadi baik di awan itu sendiri, atau di antara dua awan yang berdekatan, atau antara awan atau tanah.

Proses terjadinya petir dibagi menjadi sambaran pertama dan semua berikutnya setelah itu. Alasannya adalah bahwa sambaran petir pertama menciptakan jalur untuk pelepasan listrik. Pelepasan listrik negatif terakumulasi di bagian bawah awan.

Permukaan bumi memiliki muatan positif. Oleh karena itu, elektron (partikel bermuatan negatif, salah satu unit dasar materi) yang terletak di awan tertarik ke tanah seperti magnet dan bergegas turun.

Segera setelah elektron pertama mencapai permukaan bumi, dibuat saluran (semacam saluran) yang bebas untuk mengalirkan muatan listrik, di mana elektron yang tersisa mengalir turun.

Elektron di dekat tanah adalah yang pertama meninggalkan saluran. Yang lain bergegas mengambil tempat mereka. Akibatnya, suatu kondisi tercipta di mana seluruh pelepasan energi negatif keluar dari awan, menciptakan aliran listrik yang kuat yang diarahkan ke tanah.

Pada saat inilah kilatan petir terjadi, yang disertai dengan gemuruh guntur.

Awan berlistrik menciptakan kilat. Tetapi tidak setiap awan mengandung kekuatan yang cukup untuk menembus lapisan atmosfer. Untuk manifestasi kekuatan, elemen keadaan tertentu diperlukan.

Massa udara bergerak konstan, udara hangat naik, dan udara dingin turun. Ketika partikel bergerak, mereka dialiri listrik, yaitu, mereka jenuh dengan listrik.

Bagian awan yang berbeda mengakumulasi jumlah energi yang tidak sama. Ketika menjadi terlalu banyak, ada kilatan, yang disertai dengan guntur. Ini badai

Apa itu petir? Seseorang mungkin berpikir bahwa petir itu sama saja, mereka mengatakan badai petir adalah badai petir. Namun, ada beberapa jenis petir yang sangat berbeda satu sama lain.

Petir garis merupakan varietas yang paling umum. Itu terlihat seperti pohon yang ditumbuhi terbalik. Beberapa "proses" yang lebih tipis dan lebih pendek berangkat dari saluran utama (batang).

Panjang petir tersebut dapat mencapai hingga 20 kilometer, dan kekuatan arusnya adalah 20.000 ampere. Kecepatannya 150 kilometer per detik. Suhu plasma yang mengisi saluran petir mencapai 10.000 derajat.

petir intracloud- Terjadinya jenis ini disertai dengan perubahan medan listrik dan magnet, serta pancaran gelombang radio.Petir seperti ini kemungkinan besar ditemukan lebih dekat ke ekuator. Ini sangat jarang terjadi di daerah beriklim sedang.

Jika ada kilat di awan, maka benda asing yang melanggar integritas cangkang, misalnya, pesawat yang dialiri listrik, juga dapat memaksanya keluar. Panjangnya dapat bervariasi dari 1 hingga 150 kilometer.

petir tanah- Ini adalah jenis petir terpanjang, sehingga konsekuensinya bisa sangat menghancurkan.

Karena ada rintangan di jalurnya, untuk menyiasatinya, petir terpaksa mengubah arahnya. Oleh karena itu, ia mencapai tanah dalam bentuk tangga kecil. Kecepatannya sekitar 50 ribu kilometer per detik.

Setelah kilat melewati jalannya, ia menyelesaikan gerakannya selama beberapa puluh mikrodetik, sementara cahayanya melemah. Kemudian tahap selanjutnya dimulai: pengulangan jalur yang dilalui.

Debit terbaru melampaui semua yang sebelumnya dalam kecerahan, dan arus di dalamnya dapat mencapai ratusan ribu ampere. Suhu di dalam petir berfluktuasi sekitar 25.000 derajat.

bidadari petir. Varietas ini ditemukan oleh para ilmuwan relatif baru - pada tahun 1989. Petir ini sangat langka dan ditemukan secara tidak sengaja, apalagi hanya berlangsung sepersepuluh detik pertama.

Sprite berbeda dari pelepasan listrik lainnya pada ketinggian di mana ia muncul - sekitar 50-130 kilometer, sementara spesies lain tidak mengatasi penghalang 15 kilometer, selain itu, sprite petir memiliki diameter besar, yang dapat mencapai 100 km.

Petir seperti itu terlihat seperti kolom cahaya vertikal dan berkedip tidak satu per satu, tetapi dalam kelompok. Warnanya bisa berbeda, dan tergantung pada komposisi udara: lebih dekat ke tanah, di mana ada lebih banyak oksigen, warnanya hijau, kuning atau putih. Dan di bawah pengaruh nitrogen, pada ketinggian lebih dari 70 km, itu memperoleh rona merah cerah.

petir mutiara. Petir ini, seperti yang sebelumnya, adalah fenomena alam yang langka. Paling sering, itu muncul setelah yang linier dan sepenuhnya mengulangi lintasannya. Ini mewakili bola yang terletak pada jarak satu sama lain dan menyerupai manik-manik.

Bola petir. Ini adalah varietas khusus. Fenomena alam di mana petir berbentuk bola yang bersinar dan melayang di langit. Dalam hal ini, lintasan penerbangannya menjadi tidak dapat diprediksi, yang membuatnya semakin berbahaya bagi manusia.

Dalam kebanyakan kasus, bola petir terjadi dalam kombinasi dengan jenis lain. Namun, ada kasus ketika itu muncul bahkan dalam cuaca cerah. Ukuran bola bisa dari sepuluh hingga dua puluh sentimeter.

Warnanya biru, atau oranye atau putih. Dan suhunya sangat tinggi sehingga jika bola tiba-tiba meledak, cairan di sekitarnya menguap, dan benda logam atau kaca meleleh.

Bola petir seperti itu bisa ada untuk waktu yang cukup lama. Saat bergerak, ia tiba-tiba dapat mengubah arahnya, menggantung di udara selama beberapa detik, menyimpang tajam ke satu sisi. Dia muncul dalam satu contoh, tetapi selalu tiba-tiba. Bola mungkin turun dari awan, atau tiba-tiba muncul di udara dari balik tiang atau pohon.

Dan jika petir biasa hanya dapat menyambar sesuatu - rumah, pohon, dll., maka petir bola dapat menembus ke ruang tertutup (misalnya, ruangan) melalui soket, atau menyalakan peralatan rumah tangga - TV, dll.

Petir apa yang dianggap paling berbahaya?

Biasanya, guntur dan sambaran petir pertama diikuti oleh yang kedua. Hal ini disebabkan oleh fakta bahwa elektron pada kilasan pertama menciptakan peluang untuk lewatnya elektron kedua. Oleh karena itu, kilatan berikutnya terjadi satu demi satu, hampir tanpa interval waktu, mengenai tempat yang sama.

Petir yang muncul dari awan dengan pelepasan listriknya dapat menyebabkan kerusakan serius pada seseorang dan bahkan membunuh. Dan bahkan jika pukulannya tidak mengenai seseorang secara langsung, tetapi harus berada di dekatnya, konsekuensi kesehatannya bisa sangat buruk.

Untuk melindungi diri sendiri, Anda harus mengikuti beberapa aturan:

Jadi selama badai petir, Anda tidak boleh berenang di sungai atau laut! Anda harus selalu berada di tanah kering. Dalam hal ini, perlu sedekat mungkin dengan permukaan bumi. Artinya, Anda tidak perlu memanjat pohon apalagi berdiri di bawahnya, apalagi jika sendirian di tengah tempat terbuka.

Juga, jangan gunakan perangkat seluler apa pun (ponsel, tablet, dll.) karena dapat menarik 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 tubuh terbuat dari atom - dari awan dan pohon hingga tubuh manusia. Setiap atom memiliki inti yang mengandung proton bermuatan positif dan neutron netral. Pengecualian adalah atom hidrogen paling sederhana, di dalam nukleusnya tidak ada neutron, tetapi hanya 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.

Fakta yang menarik: sifat petir terletak pada listrik yang terkandung di dalam awan.

Dalam kondisi normal, muatan positif dan negatif dari masing-masing atom saling menyeimbangkan, sehingga benda yang terdiri dari atom biasanya tidak membawa muatan bersih apa pun - 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 karpet.

Bahan terkait:

Mengapa tekanan rendah saat berawan dan tinggi saat cerah?

Sekarang Anda 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. Dengan 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.

Bahan terkait:

Mengapa kabel tegangan tinggi tidak diisolasi?

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 dengan bergesekan dengan karpet, dan partikel di awan dibebaskan dari elektron dengan tumbukan, 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.

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 permukaan bumi yang bermuatan positif terbentuk di bawah awan. 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 suara gemeretak yang nyaris tak terdengar, ada suara guntur yang kuat.

Seringkali di musim semi dan musim panas ada badai petir - fenomena alam yang indah, tetapi berbahaya. Anak-anak takut akan badai petir, mereka takut dengan kilatan petir dan deru guntur. Mereka tertarik untuk mengetahui apa itu badai petir, apa itu kilat, mengapa kita pertama kali melihat kilat dan kemudian mendengar guntur.