Какво причинява огънят на Свети Елмо

2024 Автор: Sherilyn Boyd | [email protected]. Последно модифициран: 2023-12-16 09:37

Този феномен може да проследи името си на италиански светец "Сант Ермо" или "Св. Еразъм "на около 300 г. пр. Хр., Покровител на ранните средиземноморски моряци. Тази светлина се появяваше върху върховете на мачтите на корабите по време на разсеяните етапи на гръмотевична буря. Общото суеверие беше, че ако се появи Свети Елмо, това беше добро знамение и отговор на моряците, тъй като насилствените морета щяха да умрат и повърхностните ветрове щяха да се успокоят. Ако той (огнената светлина) се появи по време на хубаво време, се казва, че ръководната ръка на Свети Елмо предупреждава за буря.

Чарлз Дарвин дори пише за феномена в писмо до J.S. Хенслоу, той пише за една нощ, прекарана на гонче по време на гръмотевична буря,

Всичко беше в пламъци, небето с мълния, водата със светлинни частици и дори самите мачти бяха насочени със син пламък.

Научно, това явление е известно като "изпускане на корона" или "точково изхвърляне". Това може и обикновено се случва на върха на всяка проводяща повърхност по време на гръмотевични бури. Той може да се види на върховете на църковните стълбове, лампите, върховете на витлата и крилете на самолетите и дори на остриета на трева и рога на едър рогат добитък!

Бенджамин Франклин е първият, който повече или по-малко правилно описва явлението като атмосферно електричество през 1749 г. Той смята, че "огънят" е начин, чрез който светлинните пръчки биха "извадили" електричеството на гръмотевичната буря бавно, преди да е изградило достатъчно такса, за да направи стачка.

Короната може да се образува, когато потенциалът на електрическото поле (в този случай атмосферата по време на гръмотевична буря) е по-силен от съпротивлението (в този случай оголените проводящи пръти) на каквито и да е носители на електричество (електрони). Научно, това е известно като закон на Ом - електрически ток е равно на напрежение, разделено на съпротивление.

Защо това се случва по време на гръмотевични бури и защо се случва по-лесно с остри метални предмети?

С една дума (или две в този случай): електростатично равновесие. Електростатичното равновесие е естествено състояние, при което зареденият проводник (както в случая на мачтата на кораба) ще има своето излишно разстояние на зареждане само по еднакъв начин. Това е така, защото той има еднакви отблъскващи сили, действащи върху него в целия материал. По принцип всички налични в материала електрони ще се отдалечат еднакво навсякъде, защото всички отблъскват помежду си. Това е важно да се отбележи, когато става въпрос за заострени проводници, като мачта на кораба и техните електрически полета.

Електрическите полета винаги ще имат силата, насочена изцяло перпендикулярно на повърхността на проводника. В случай на плосък проводник, това означава, че силата е приложена надолу. Това е причината за това, че заострен проводник ще има повече електрони и следователно повече заряд, на върха му.

Ако вземете два магнита и ги поставите на равна повърхност, те могат да се отблъскват помежду си на определено разстояние. Ако огънете тази триизмерна плоска повърхност, която прави централната точка между двата магнита върха, ще можете да плъзнете магнитите нагоре към върха и по този начин да се сближите, ако повърхността е плоска. Това е така, защото отблъскващата сила се прилага далеч от повърхността, а не от противоположния магнит. Интериорът на огънатите повърхности действа като изолатор от вид, който не позволява на силата да тече през него, засягайки магнита от другата страна. Резултатът е повече зареждане на всяка извита повърхност на проводник в електростатично равновесие. Колкото по-рязка е точката, толкова по-ясно е резултатът.

Знам какво си мислиш. Защо електроните, които се въртят около атомите във вътрешността на проводника, няма да причинят разпространението на електроните и по този начин да не позволят натрупването на електрони върху извитата повърхност?

Отговорът е друг торизъм, включващ електростатично равновесие. Невероятното нещо за зареждането на диригент е, че цялото зареждане съществува само на повърхността на материала, а не в него. Линиите на електрическото поле се простират само от повърхността, а не отвътре. Ако имаше сила, която съществуваше в повърхността, тогава електроните все още трябва да се движат в отговор на тази сила и по този начин да не са в равновесие. Тъй като те вече са в равновесие, резултатът е цялото натоварване, което съществува на повърхността. Това е това явление, което позволява на науките навсякъде да останат невредими в метална клетка (клетка на Фарадей), докато светкавични болтове с милиони волтове се кълнат около тях.

Така че сега, когато знаем, че проводящи материали ще имат излишно заряд на техните извити повърхности, нека да поговорим защо причиняват гръмотевични бури на огъня на Свети Елмо.

Както вече споменахме, проводниците имат специфични електрически полета. Газовете могат да имат и електрически полета. В този случай газът е въздухът, който дишаме. Когато атмосферата е спокойна, по време на добро време силата на електрическото поле е около 1 волт на сантиметър (в зависимост от точния състав на наличния въздух).Когато започне да се създава гръмотевична буря, силата на електрическото поле ще започне да се увеличава и ще продължи да го прави, докато достигне около 10 000 волта на сантиметър. Около този момент ще получите ослепителна стачка. В този прозорец на увеличена сила на полето над нормалното и преди осветлението, може да видите огъня на Свети Елмо.

Сега нека да сложим това, което знаем за електростатичното равновесие и това, което знаем за нарастващите електрически полета на гръмотевични бури и да говорим защо причиняват короната.

Облаците, в този случай кумулуминус облак, са склонни да имат излишък от положителни заряди на върховете и отрицателна заряд на дъното. Докато учените продължават да се застъпват за точния характер на това защо това е, най-често изключената теория е, че тя е резултат от два процеса.

Първото е, че облаците съдържат безброй суспендирани водни капчици и лед. Когато изпарението на подземната вода достигне облака, електроните се принуждават да се отдалечат от положително заредените капчици нагоре, оставяйки отрицателна заряд в дъното на облака.

Вторият механизъм е свързан с лед. Тъй като изпаряващата се вода се покачва, може да замръзне на по-високи височини. Леденият блок ще се превърне в отрицателно зареден в центъра. Тъй като ледът се върти около облака, външните, по-позитивно заредени части се оставят на върха и замразените части, които са по-отрицателно заредени, ще потънат към дъното. Резултатът от тези два процеса оставя все по-голям отрицателен заряд към дъното. Това има значение в случая с огъня на Свети Елмо, защото това увеличаване на отрицателния заряд засяга земната повърхност.

Обикновено въздухът около облака е достатъчен да има изолатор, за да задържи Зевс и осветителните му болтове. В случай на гръмотевични бури, тъй като таксата от облака се увеличава, силата на полето също се увеличава. Това може да йонизира въздуха около него, което го прави по-проводим. Тъй като излишните електрони от дъното на облака започват да тъкат надолу през все по-проводимия въздух, той принуждава електроните на повърхността на земята (или на някакъв обект, прикрепен към земята, като сграда или корабна мачта), Резултатът е нарастващото увеличение на положителния заряд на повдигнатите части на Земята, подобно на осветително тяло.

Като използваме електростатичното равновесие като предшественик, можем да видим, че обект с остър връх би имал относително по-висока концентрация на положителен заряд, отколкото обект, който няма остър връх. В крайна сметка положително зареденият връх реагира с нарастващата отрицателно заредена атмосфера и се получава електрически ток.

Обикновено този процес би бил невидим. В случая на короната (не, не бирата), когато потенциалът на електрическото поле е достатъчно силен (като на върха на мачтата на кораба), електрони могат да бъдат разкъсани от техните молекули. Ако този електронен може да спечели достатъчно енергия, за да избегне поемането му от близката молекула (например от увеличаващото се или намаляващо електрическо поле на облака от бури и въздуха около него), резултатът е свободни електрони, положително заредени йонни клъстери повърхността на мачтата на кораба) и околния въздух, всички се сблъскват един с друг във вид на вещество, известно като плазма. Плазмата ще флуоресцира със светлина, даваща живот на Свети Елмо и неговия "огън"!

Цветът на блясъка на плазмата ще зависи от вида на наличния газ. Тъй като нашият въздух е съставен главно от азот и кислород, той ще свети синьо / виолетово.

В крайна сметка, Свети Елмо и неговият невероятен син / виолетов огън е просто резултат от електростатичното равновесие на един проводник, който е повлиян от нарастващия потенциал на електрическото поле, създаден от гръмотевични бури. Или както казва Бен Франклин "атмосферното електричество".