V.4. Descărcările electrice din atmosferă: fulgerul și trăsnetul

De mii de ani și până în prezent a existat frica de fulgere şi trăsnete a omului. Cel mai des, oamenii au atribuit acestor descărcări electrice din natură mâniei unor divinităţi, care, zice-se, se foloseau de ele pentru a-şi exterioriza stările sufleteşti sau pentru a-i pedepsi pe cei care le-au stârnit.

Marele stăpân al săgeţilor de foc ce cad din cer rămâne Sfântul Ilie, aducător de ploaie şi care poate provoca furtuni puternice.

Fulgerul este descărcarea electrică dintre doi nori electrizați și percepută de om ca o lumină.

Trăsnetul este descărcarea electrică dintre un nor electrizat și un corp de pe Pământ, percepută de om ca o lumină.

🔦 Observație

Corpurile înalte sunt mai predispuse trăsnirii, deoarece se încarcă mai ușor, prin influență, de la norii electrizați.

Norii se electrizează prin frecarea maselor de aer ce conțin picături foarte fine de apă.

Norii de furtună numiți Cumulonimbus (nimbus cumulus) sunt norii în care iau naștere trăsnetele. Prin frecarea straturilor norului se formează spații cu încărcătură electrostatică negativă și pozitivă. Stratul superior (de sus) al norului este în mod normal încărcat pozitiv, iar stratul inferior (de jos) negativ. Aceste sarcini induc la rândul lor sarcini de semn opus la suprafața pământului. Atunci când instabilitatea dintre aceste două zone încărcate electric atinge maximul, ia naștere un canal care coboară cu rapiditate mare spre pământ.

Tensiunea electrică între un nor și pământ a fost măsurată la câteva zeci de milioane de volți. Într-o descărcare electrică normală, 90% din energia trăsnetului este convertită imediat în căldură, în timp ce mai puțin de 1% este convertită în sunet și restul în lumină.

Aerul din jurul canalului în momentul descărcării trăsnetului se încălzește brusc, ajungând la o temperatură de 28.000 °C (în medie), inițial producând o expansiune explozivă, rapidă și violentă a aerului înconjurător, rezultând într-o undă de șoc care ulterior, după o anumită distanță, încetinește la o viteză mai mică, devenind un zgomot, adică tunet.

Cel mai sigur loc în timpul unei furtuni este în interiorul casei tale. Atunci când un trăsnet lovește o casă, acesta alege: cabluri electrice, cabluri de televiziune sau de internet, țevi de apă ș.a.m.d.

• În timpul unei furtuni stai departe de: țevile sau conductele de apă, apa în sine și robinetele (asta înseamnă fără baie sau dușuri),
• Deconectează aparatele electrice din priză, deoarece orice dispozitiv conectat la o priză sau în exterior, prin intermediul cablurilor (telefoane cu fir, dispozitive conectate la surse de electricitate care la rândul lor sunt conectate la cablurile de electricitate), poate atrage o descărcare electrică.
• Stai departe de părțile de metal din casa ta și de zidurile prin care trec cabluri de electricitate sau alte cabluri conductoare de curent, de prize ș.a.m.d.
• Închide ușile și ferestrele.
• Telefoanele fără fir sunt sigure de utilizare.

Dacă te afli afară și nu ai disponibil un acoperiș sub care să te adăpostești, refugiază-te în mașină. Mașinile care au un plafon din metal și suficient de rezistent pot fi suficient de sigure ca să le asigure ocupanților din mașină supraviețuirea, în cazul în care mașina este trăsnită. Ține minte să faci următoarele dacă te afli într-o astfel de situație:

• Închide geamurile și nu atinge nicio parte de metal, geamul sau orice alt dispozitiv conectat la autovehicul (aici se includ și volanul cât și telefonul sau orice alt dispozitiv conectat la autovehicul).
• Dacă mașina ta este trăsnită, electricitatea va fi condusă prin structura autovehiculului, sărind peste roți sau trecând prin roți și ajungând în pământ, lăsând ocupanții autovehiculului nevătămați. Dacă ești în trafic și autovehiculul tău tocmai a fost trăsnit, trage pe dreapta unde poți verifica starea tehnică a autovehiculului înainte de a continua. Este comun ca autovehiculele care sunt trăsnite să sufere următoarele daune: roți sparte complet sau cauciucul complet topit, sistemul electric avariat parțial sau complet, posibilitatea combustibilului de a fi aprins și de a rezulta un incendiu și/sau o explozie.

Dacă te afli afară, ești în pericol. Stai departe de obiectele izolate, cum ar fi copacii sau stâlpii. Dacă ești în pădure nu sta lângă copacii izolați. Poți ieși într-o poieniță unde să stai ghemuit.

Următoarele semne arată că trebuie să te adăpostești de urgență:

• De obicei orice formă de ploaie, dar în special ploaia intensă sau torențială este un semn clar al unui nor de tip cumulonimbus, chiar dacă până acum nu s-au auzit tunete sau nu ai văzut fulgere. De asemenea, grindina poate fi produsă doar în acest tip de nori.
• Vezi un fulger sau auzi un tunet: dacă poți să vezi fulgerul sau poți să auzi tunetul, înseamnă că ești în zona de pericol în care poți fi trăsnit.
• Nori foarte mari, sub forma unui turn sau a unei conopide. Acești nori sunt singurii care pot produce descărcări electrice.
• Dacă întâmpini oricare dintre următoarele semne, înseamnă că tu sau un obiect apropiat ție urmează a fi lovit de un trăsnet: un sunet distinctiv, încet sau puternic ca un zumzăit, sâsâit sau ca o pocnitură, o senzație furnicătoare, părul de pe mâini sau de pe cap este întins în sus, vârfurile obiectelor de metal din apropiere emit o culoare albă-albastră numită "Focul Sf. Elmo".

Dacă nu ai adăpost în apropiere, ia următoarea poziție cât mai rapid: apropie-ți picioarele unul de celălalt, pune-te în poziție ghemuit și apucă-ți gleznele. Împinge-ți capul cât de jos poți. Nu te așeza culcat pe pământ.

Tunetul este zgomotul produs în urma unei descărcări electrice.

Sarcinile electrice pot fi generate cu mașina de electrizare Van de Graaff care are doi poli: o sferă metalică goală în interior numită colector de sarcină (care se încarcă pozitiv) și o sferă mai mică plină (care se încarcă negativ).

Colectorul se află pe o bandă de cauciuc trecută peste două role și pusă în mișcare de un motor electric. Două periuțe preiau sarcinile care apar pe banda electrizată prin frecare.

🔦 Observație

Benjamin Franklin (1706 – 1790) a descoperit natura fulgerului și a trăsnetului. El a inventat paratrăsnetul care protejează clădirile sau vapoarele de descărcările electrice.

Paratrăsnetul este un conductor de cupru cu vârf care are proprietatea de a atrage descărcările electrice. Capătul de jos al conductorului se împământează.

👀 Experiment: Vântul electrostatic
🔥 Atenție! când lucrezi cu mașina Van De Graaff ! Pericol de electrocutare !

Materiale necesare:
Generatorul electrostatic Van De Graaff, ac magnetic.

Descrierea experimentului:

• Pune în funcțiune generatorul și electrizează sferele lui.
• Așază suportul acului magnetic pe colectorul generatorului electrostatic.
• Ce observi ?

  Acul magnetic începe să se rotească.

Concluzia experimentului:
Acul magnetic se rotește deoarece sarcinile electrice se scurg mai ușor prin vârfurile acului, provocând o respingere a acestor puncte și respectiv rotația lor.

🔦 Observație

La ora actuală se mai folosesc paratrăsnete cu circuite electronice integrate, capabile sa transmită în avans o undă ionizată de captare a trăsnetelor (ceea ce prin tija clasică Franklin nu se realizează).

Aceste dispozitive, cunoscute sub denumirea Paratrăsnete cu Dispozitive de Amorsare, pe scurt şi PDA au forma eliptică sau ovală şi conţin de regulă un concentrator de energie în partea superioară.

Paratrăsnetele PDA se montează în vârful unui catarg ca și paratrăsnetele clasice.

Multe dintre morțile provocate de trăsnete apar atunci când victima nu primește asistența medicală de specialitate imediat.

Deși o mare parte din victimele care sunt trăsnite supraviețuiesc, șansele ca aceștia să rămână fără nicio urmă sunt extrem de mici, deoarece curentul, căldura și unda de șoc pot provoca leziuni extrem de grave care de cele mai multe ori sunt ireversibile.

🔥 Atenție!

În timpul furtunilor cu descărcări electrice (fulgere și trăsnete) trebuie să respectați următoarele reguli împotriva trăsnirii :

• Adăpostiți-vă în casă sau în mașină (tramvai, troleibuz, vehicul cu caroserie metalică).

• Nu vă apropiați de geamuri.

• Nu vă plimbați cu bicicleta.

• Nu înotați.

• Nu vă adăpostiți sub copaci. Dacă sunteți în pădure, ieșiți cât mai repede într-o poiană, stați ghemuiți acoperiți de o mantie și nu deschideți umbrela.

• Nu vorbiți la telefon.

Electricitatea statică în viața de zi cu zi

Iarna când instalațiile de încălzire funcționează fără întrerupere, lipsa de umiditate din interioarele caselor noastre vine la pachet cu electricitatea statică și ruda ei cea neplăcută: descărcarea electrostatică.

Ce se întâmplă? Ai remarcat să atunci când de așezi în pat sau tragi o haină pe tine pe întuneric se formează mici scântei la atingerea cu textilul? Anumite haine ți se lipesc în mod neplăcut de piele deși nu ești ud sau te curentezi neplăcut atunci când atingi o altă persoană sau anumite obiecte? Iată ce se întâmplă.

Cele mai puternice combinații care creează electricitate statică:

• Pielea uscată și textilele cu conținut mare de poliester. Pielea uscată se încarcă pozitiv iar poliesterul se încarcă puternic negativ. Când cele 2 se întâlnesc apar efecte foarte neplăcute: scântei, pișcături, haine lipite de corp.
• Părul și pieptănul sau peria de plastic. Prin frecare parul se încarcă pozitiv iar plasticul negativ. Firele de păr, fiind încărcate cu același tip de sarcină, se vor respinge și dau o impresie de păr nearanjat.

Ce pot face pentru a reduce electricitatea statică din casă?

1. Folosește materiale care nu se electrizează ușor, de ex. bumbacul)

• Aerul și pielea umană, mai ales când sunt foarte uscate, au tendința de a ceda electroni și deci de a se încărca puternic pozitiv. Blana naturală, părul uman și sticla de asemenea, cedează electroni și se încarcă puternic pozitiv. Lâna, mătasea, nailon-ul, plumbul, aluminiul și hârtia se încarcă și ele pozitiv, deși în proporție mai mică.

• Materialele care se încarcă puternic negativ (atrag electroni) sunt teflonul, siliconul, polietilena, poliuretanul, polistirenul. Aurul, platina, cuprul și nichelul, precum și chihlimbarul, se încarcă moderat negativ.

• Materiale care se încarcă foarte puțin electrostatic sau sunt neutre sunt: pielea naturală, lemnul, bumbacul și oțelul.

2. Umidifică și purifică aerul:

Umiditatea aerului împiedică electricitatea statică să se formeze, deci orice formă de umidificare este bine venită: umidificatorul electric, plantele, apa fierbinte din cadă și chiar fierberea apei pe aragaz.

3. Folosește produse de curățenie cu efect antistatic.