Fenomene electrice - Fulgerul Fulgerul este rezultat in urma unui proces de descarcare electrica cauzat de o diferenta de potential electrostatic. Fulgerul se produce intre nori incarcati cu sarcini electrice diferite, iar descarcarea intre nor si pamant provoaca un u n arc luminos, numit trasnet. Atunci cand vedem un fulger nu auzim si sunetul produs de descarcare, deoarece viteza sunetului este mai mica fata de cea a luminii. Decalajul se datoreaza diferentei dintre vitezele de propagare ale celor doua unde, cea luminoasa si cea acustica. In mitologie, fulgerele sunt folosite pentru a exprima mania lui Dumnezeu,gasim acest fenomen mentionat de mai multe ori.Credintele variau de la o civilizatie la alta. De exemplu, etruscii considerau fulgerele un oracol care prezicea viitorul. Informatiile care descriau indicatiile transmise prin fulgere se numeau libri fungurales. Vechii germani considerau fulgerele ca fiind un semn al zeului Thor care arunca ciocanul sau spre pamant. Slavii aveau zeul ze ul Perun ca zeu al furtunii. La fel Zeus si Jupiter sunt reprezentati insotiti de fulgere. Cercetarea fulgerelor intr-un mod mai serios a inceput o data cu Benjamin Franklin. Benjamin Franklin a demonstrat ca trasnetul este rezultatul tensiunii dintre nori si pamant cu ajutorul unui zmeu de hartie cu care a declansat fulgerul in prezenta norilor de furtuna, in anul 1752. Desi este un fenomen popular, fulgerele au dat nastere unor controverse cu privire la efectul lor, cat si in modul cum acestea iau nastere.
Formarea fulgerului
Datorita curentilor de aer existenti in nor precum si prin repartizarea inegala de gheata si apa, se formeaza prin frecare, spatii cu incarcatura ionica electrostatica negativa si pozitiva. In mod normal stratul superior al norului este incarcat pozitiv, iar stratul inferior este incarcat negativ. Zona dintre cele doua straturi incarcate diferit se afla la o inaltime mare unde temperatura variaza intre -10 si -15 grade Celsius.Aici, picaturile de apa din nor se transforma in cristale de gheata. Fulgerul este o descarcare electrica, iar atunci cand ia nastere produce un echilibru electric intre straturile norului de furtuna. Pentru a lua na stere un trasnet, intre un nor si pamant trebuie sa existe in prealabil tensiuni de cateva zeci de milioane de volti, iar fenomenul, care este o scanteie de descarcare electrica, sa aiba o tensiune de aproximativ 3 milioane de volti/metru. Puterea de strapungere a fulgerului este data si de umiditatea aerului. Exista premiza ca in prealabil aerul este ionizat de radiatiile cosmice transformand moleculele de aer din atmosfera intr-o lavina electronica rezultand o reactie in lant, care creeaza un canal de aer ionizat pentru fulger. Acest fenomen a fost presupus de cercetatorul Charles Thomson. Forma in zig zag a fulgerului este produsa prin descarcarea electrica numai prin zonele cu aer ionizat. Fugerul are in medie, 4 sau 5 descarcari principale ce dureaza 0,01 secunde, iar cea principala numai 0,0004 secunde. Dupa o pauza scurta de 0,03 – 0,05 secunde urmeaza noi descarcari. Au fost observate astfel descarcari atingand un numar de 42 cu o intensitate medie de 20.000 de amperi. Un fulger atinge in medie lungimea de 1 – 2 km, iar in zonele tropicale unde umiditatea aerului este mai ridicata, fulgerul poate atinge 2 – 3 km lungime. In nori s-au observat fulgere cu o lungime de 5 – 7 km, iar cu ajutorul radarului pentru fulgere, unele ce ating 140 km lungime. In momentul formarii fulgerului aerul inconjurator din jurul tunelului provocat de acesta atinge temperaturi de 30.000 de grade Celsius. Aceasta supraincalzire brusca a aerului duce la o dilatare masiva asemenea unei explozii cu un zgomot puternic numit tunet. Datorita diferentei dintre vitezele de propagare a luminii (cca. 300.000 km /s) si a sunetului (332 m / s), va aparea un decalaj de timp intre receptionarea vizuala si cea auditiva a fulgerului. Decalajul dintre fulger si tunet este dat de distanta dintre acesta si observator. Cu cat observatorul este mai departe, cu atat decalajul va fi mai mare.
Fulgerele globulare
Fulgerul globular reprezinta o bila de lumina care se misca incet plutind prin aer si care apare uneori in timpul furtunilor - este un fenomen rar care i-a uimit pe cercetatori timp de secole. Mult timp au fost chiar considerate a fi un mit sau un fenomen pur psihologic. Cu toate acestea, un grup de oameni de stiinta din Israel a reusit acum sa recreeze asemenea bile de foc in conditii controlate in laborator. Fulgerele globulare au fost fotografiate foarte rar ,iar detaliile martorilor sunt de multe ori contradictorii. Ele apar uneori in timpul furtunilor ca o consecinta a fulgerelor obisnuite, insa exista si relatari ale aparitiilor unor fulgere globulare pe vreme senina. Forma lor poate fi sferica, ovala, de picatura sau cilindrica.Marimea acestor fulgere variaza de la marimea unui bob de mazare la cativa metri. Pana acum, toate incercarile de a le reproduce in laborator fie au esuat, fie au generat numai rezultate vag similare. Exista mai multe teorii asupra natura fulgerelor globulare. Cea mai populara dintre ele spune ca sunt niste bile de plasma care raman concentrate la un loc datorita campurilor magnetice auto-generate. Plasma este un gaz de molecule ionizate si electroni. Cu toate ca per total plasma este neutra electric, la scara mica ea este formata din particule incarcate electric. Miscandu-se, aceste particule incarcate genereaza campuri magnetice. Cu toate acestea, teoria plasmei arata ca pentru ca o asemenea bila de plasma sa poata fi sustinuta de campurile magnetice auto-generate, ar trebui sa fie extrem de incinsa - cu alte cuvinte, particulele care produc campurile magnetice ar trebui sa se miste foarte repede. Insa, datorita faptului ca gazul fierbinte este mai usor decat cel rece, o asemenea bila de plasma s-ar ridica in atmosfera extrem de repede. Iar acest lucru nu se observa in cazul fulgerelor globulare. Cercetatorii istraelieni au folosit o alta idee. Ei cred ca fulgerele globulare sunt produse in timpul furtunilor de un trasnet care loveste pamantul si creaza un "punct fierbinte" topit. Acest lucru face ca particule minerale de sol sa fie aruncate in atmosfera. Aceste particule sunt punctul de plecare al unui fulger globular. Pe langa plasma care se formeaza in jurul lor si care emite lumina, a ceste particule mai sunt implicate si in reactii de oxidare - cu alte cuvinte ard. Prin urmare, un fulger globular este o combinatie de torta si bec cu halogen (care e cu plasma).
Eli Jerby si Vladimir Dikhtyar de la Universitatea din Tel Aviv au recreat asemenea bile de foc in laborator folosind o "foreza cu microunde". Dispozitivul este similar unui cuptor obisnuit cu microunde de 600 de watti cu singura exceptie ca intreaga putere este concentrata in numai un centimentru cub. Cercetatorii au indreptat microundele in interiorul unui substrat de sticla, siliciu, germaniu, oxid de aluminiu si alte ceramice. Energia microundelor a produs o zona fierbinte in substrat, iar apoi, pe masura ce oamenii de stiinta au ridicat foreza din solid, zona fierbinte a fost ricata si ea.
Exista mai multe “teorii” cu privire la formarea fulgerelor globulare insa nici una nu este concluziva.
Proiect realizat de Cucos Mihai si Cucos Vlad cls. a XI-a A
