POLITECHNIKA WARSZAWSKA

Wielkość: px

Rozpocząć pokaz od strony:

Download "POLITECHNIKA WARSZAWSKA"

Antoni Skrzypczak
8 lat temu
Przeglądów:

1 POLITECHNIKA WARSZAWSKA Wydział Samochodów w i Maszyn Roboczych Pioruny Wykonała: Paulina Uklejska - Dudek Warszawa 2014 Plan prezentacji: 1. Co to jest piorun? 2. Powstawanie pioruna 3. Wielkości charakteryzujące pioruny 4. Rodzaje piorunów 5. Porażenie człowieka 6. Pioruny - statystyka 7. Piorunochrony

Co to jest piorun? 2. Powstawanie pioruna 3.

2 Co to jest piorun? Wyładowanie elektryczne w atmosferze ziemskiej zachodzące wewnątrz chmury burzowej, między chmurami lub między chmurą a powierzchnią ziemi. Wyładowanie jest widoczne w postaci błyskawicy, której towarzyszy przedłużony hukgrzmot. Powstawanie pioruna Pioruny w przyrodzie powstają w wyniku nagromadzenia się ładunków elektrycznych w chmurach. W chmurze burzowej występują duże krople deszczu, bryłki gradu i lodu. Wędrują one, zderzają się, a rozpadając się na mniejsze wytwarzają elektrostatyczne - ładunki elektryczne. Cząstki spadające zyskują ładunek ujemny, zaś unoszące się - ładunek dodatni. W związku z tym ładunki ujemne gromadzą się w dolnej części chmury, z kolei dodatnie - w górnej. Na dnie chmury zgromadzony jest tak duży ładunek ujemny, że między nią a Ziemią powstaje ogromna różnica potencjałów.

W chmurze burzowej występują duże krople deszczu, bryłki gradu i lodu. Wędrują one, zderzają się, a rozpadając się na mniejsze wytwarzają elektrostatyczne - ładunki elektryczne.

3 Powstawanie pioruna Powstawanie elektrostatycznego ładunku w chmurze jest identyczne jak powstawanie ładunku podczas np. zdejmowanie nylonowej koszuli. Powierzchnia chmury i powierzchnia Ziemi odpowiada okładzinom kondensatora. Każda nierówność na powierzchni Ziemi zagęszcza linie pola elektrycznego. Przeskok iskry tak jak w kondensatorach zależy od kształtu powierzchni okładzin. (zagęszczenie gradientu) Powstawanie pioruna Zgodnie z regułami fizyki, w polu elektrycznym ujemne elektrony zaczynają się przesuwać się w kierunku źródła ładunków dodatnich, zaś dodatnio naładowane jądra wolą np. elektrodę, ziemię lub część chmury naładowaną ujemnie. Jeżeli ładunki natrafią na przeszkodę gromadzą się aż powstała różnica potencjałów pozwoli uzyskać na tyle dużą energię by przebić się przez przeszkodę. Może to być wyładowanie pomiędzy różnymi chmurami, między różnymi obszarami jednej chmury, ziemią lub wodą.

Przeskok iskry tak jak w kondensatorach zależy od kształtu powierzchni okładzin.

4 Fizyka powstawania wyładowania atmosferycznego Pierwsza faza wyładowania atmosferycznego zwana liderem jest to wyładowanie o niewielkiej ilości światła, może rozwinąć się od chmury w kierunku do ziemi jak również z ziemi w kierunku chmury. Lider ujemny przesuwa sie od chmury kilkudziesięciometrowymi skokami. Czas zatrzymania się między przeskokami wynosi od 40 do 100µs. Prędkość lidera ujemnego wynosi od do m/s. Prędkość lidera dodatniego wynosi od do m/s. Wyładowanie atmosferyczne szuka nie najkrótszej, a najłatwiejszej z punktu widzenia elektrycznego drogi do ziemi. Stąd efektowne wyładowania różnego kształtu. Fizyka powstawania wyładowania atmosferycznego Z wysokości chmury, lider schodzący widzi ziemię jako zupełnie płaską, dopiero przy odległościach 200 m do 100 m nad ziemią natężenie pola elektrycznego narasta do kilkuset kv/m (przebicie w powietrzu 3000 kv/m). Połączenie się dwóch liderów - schodzącego i wstępującego wyznaczy miejsce uderzenia pioruna. Przepływ ładunku elektrycznego następuje w zjonizowanym powietrzu. Efekt dźwiękowy (grzmot) wynika z kompresji i dekompresji powietrza w momencie utworzenia i zaniku plazmy ładunków. Po pierwszym wyładowaniu następują dogodne warunki wystąpienia 2, 3 a nawet 4 wyładowania, po tej samej drodze lub tuż obok.

Prędkość lidera ujemnego wynosi od 100 000 do 500 000 m/s. Prędkość lidera dodatniego wynosi od 10 000 000 do 50 000 000 m/s.

5 Wielkości charakteryzujące ce piorun Średnia długość iskry ok. 1 km. Natomiast zdarzają się pioruny pomiędzy chmurami nawet do 100 km. Natężenie prądu pioruna jest astronomiczne. 1% ponad 200 ka 10% ponad 80 ka 50% ponad 25 ka 90% ponad 8 ka 99% ponad 3 ka Wielkości charakteryzujące ce piorun Napięcie między chmurą, a ziemią (dla pioruna ok. kilometrowego) ma wartość 100 MV (nie jest to jednak stała wartość, bo zależnie od panujących w danej chwili warunków atmosferycznych [obfitość deszczu, zanieczyszczenie, temperatura i ciśnienie powietrza] może być mniejsza lub większa). Dla porównania w telefonie jest ok. 40 V, w sieci tramwajowej 600 V, a w liniach wysokiego napięcia do 4,5 MV.

1% ponad 200 ka 10% ponad 80 ka 50% ponad 25 ka 90% ponad 8 ka 99% ponad 3 ka Wielkości charakteryzujące ce piorun Napięcie między chmurą, a ziemią (dla pioruna ok.

6 Wielkości charakteryzujące ce piorun Mając napięcie i natężenie otrzymujemy średnią moc pioruna - 2 TW (terawat). Jest to moc niewyobrażalnie wielka, która niszczy wszystko, nawet izolatory w liniach elektrycznych wysokiego napięcia. Średnica zjonizowanego powietrza w momencie przepływu ładunku elektrycznego ma od kilku milimetrów do około 3 cm, najczęściej 1 cm. Zaś temperatura wewnątrz osiąga do K. Więc jest około trzech razy większa niż temperatura słońca. Rodzaje piorunów Wyróżniamy trzy rodzaje piorunów: Piorun liniowy jest najpowszechniej występującym piorunem w przyrodzie. Występuje w postaci świecącej linii prostej, która może się rozgałęziać. Drugim rodzajem jest piorun kulisty, piorun przypominający płonącą kulę niewielkich rozmiarów. Zjawisko to występuje bardzo rzadko. Piorun tego rodzaju porusza się w różnych kierunkach i wydaje syczący lub warczący dźwięk. Zjawisko to trwa kilka, kilkanaście sekund. Trzecim rodzajem piorunów jest piorun paciorkowy najmniej znany, wyglądem przypomina łańcuszek składający się z oddzielnych punktów świetlnych.

Średnica zjonizowanego powietrza w momencie przepływu ładunku elektrycznego ma od kilku milimetrów do około 3 cm, najczęściej 1 cm. Zaś temperatura wewnątrz osiąga 15 000 do 20 000 K.

7 Rodzaje piorunów łańcuchowy Rodzaje piorunów kulisty

8 Rodzaje piorunów paciorkowy Piorun kulisty wyładowanie czy złudzenie? Teoria 1 - Piorun kulisty powstaje, gdy zwykły piorun uderza w ziemię, unosząc nieco rozgrzanego krzemu powszechnego składnika skorupy ziemskiej. W wyniku wysokiej temperatury i przetopienia skał glebowych opary krzemu wydostają się ze szczelin w glebie i wznoszą się, przyjmując najpierw kształt pierścienia, a potem kuli. Atomy krzemu wchodzą w reakcję z tlenem, a ich spalaniu towarzyszy wydzielanie energii w postaci promieniowania elektromagnetycznego światła. Teoria 2 - Jeśli czas trwania zwykłego pioruna jest dostatecznie długi to obserwator znajdujący się wystarczająco blisko może odnieść wrażenie, że widzi kulę światła trwającą nawet kilkadziesiąt sekund. Silne zmienne pole magnetyczne indukowane przepływem ładunków powoduje stymulację magnetyczną neuronów. Kolejne teorie - reakcje jądrowe, antymateria, promieniowanie mikrofalowe, a nawet kosmici.

W wyniku wysokiej temperatury i przetopienia skał glebowych opary krzemu wydostają się ze szczelin w glebie i wznoszą się, przyjmując najpierw kształt pierścienia, a potem kuli.

9 Porażenie człowieka Bezpośrednie praktyczny brak możliwości przeżycia Boczne (np. odnoga od drzewa lub konstrukcji) Napięcie krokowe (najczęściej występuje w wodzie lub poraża zwierzęta na polu) Wskutek dotyku urządzeń konstrukcji, urządzeń elektrycznych i telekomunikacyjnych w które uderzył piorun Obrażenia czysto mechaniczneoberwanie gałęzi, konstrukcji w skutek uderzenia pioruna. Pioruny - statystyka Największą liczbę wyładowań atmosferycznych notuje się na równiku gdzie mamy klimat tropikalny. Szczególnie duża liczba burz notowana jest w środkowej Afryce. Najbardziej burzowym rejonem jest Indonezja. W rejonie wyspy Jawa pioruny biją średnio 322 dni w roku. Na podstawie długoletnich obserwacji, przyjęto, iż w Polsce występuje 25 dni burzowych w roku na terenach południowo-zachodnich oraz 20 dni burzowych w roku w pozostałej części kraju. W każdej chwili na całym świecie ma miejsce 3000 do 5000 burz, każda z nich wytwarza energię bomby wodorowej. W każdej sekundzie jest około 100 wyładowań, z czego 1/3 uderza w ziemię. Każdego dnia ginie kilka osób od porażenia pioruna, a kilkadziesiąt jest porażonych.

które uderzył piorun Obrażenia czysto mechaniczneoberwanie gałęzi, konstrukcji w skutek uderzenia pioruna.

10 Piorunochrony Piorunochron został skonstruowany przez Beniamina Franklina. Przez wiele lat zajmował się on badaniami nad zjawiskiem elektryczności i udowodnił, że piorun jest rodzajem takiego zjawiska. Zasada działania w trakcie burzy przez układ indukcyjno pojemnościowy w głowicy płynie prąd jonizacji, w momencie uderzenia pioruna w głowicę następuje przebicie przerwy powietrznej między obudową głowicy i częścią mocowaną do uziemionego masztu, cały prąd pioruna płynie po zewnętrznej obudowie, układ wewnętrzny jest bocznikowany, dzięki czemu nie ulega zniszczeniu. Podsumowanie Wszystkie teorie odnośnie wyładowań burzowych (szczególnie odnoście piorunów kulistych) są w stanie wytłumaczyć zjawiska elektryczne, ale w każdej teorii istnieje luka i pozostaje fragment, który za nic nie chce się zmieścić w tej teorii.

Zasada działania w trakcie burzy przez układ indukcyjno pojemnościowy w głowicy płynie prąd jonizacji, w momencie uderzenia pioruna w głowicę następuje przebicie przerwy powietrznej między obudową

11 Bibliografia: epublika.pl Pytania kontrolne: Co to jest piorun i jak powstaje? Rodzaje piorunów, krótka charakterystyka.

wikipedia.org http://www.nautilus.org.pl http://www.naukawpolsce.pap.

Podobne dokumenty

Burza jest rezultatem silnych procesów konwekcyjnych, które wiążą się z unoszeniem powietrza i gwałtownym uwalnianiem ciepła kondensacji na dość

Burza jest rezultatem silnych procesów konwekcyjnych, które wiążą się z unoszeniem powietrza i gwałtownym uwalnianiem ciepła kondensacji na dość ograniczonym obszarze. Pierwszą oznaką zachodzącej konwekcji