rumah » Sepatu » Mengapa guntur terjadi? Apa itu guntur dan kilat? Tentang asal usul awan petir.

Mengapa guntur terjadi? Apa itu guntur dan kilat? Tentang asal usul awan petir.

Laporan

Guntur dan kilat

Guntur adalah fenomena suara di atmosfer yang menyertai sambaran petir. Guntur adalah getaran udara di bawah pengaruh peningkatan tekanan yang sangat cepat di sepanjang jalur petir, akibat pemanasan hingga sekitar 30.000 °C. Guntur terjadi karena petir mempunyai panjang yang cukup besar dan bunyinya berasal dari berbagai bagiannya serta tidak sampai ke telinga pengamat dalam waktu yang bersamaan; selain itu, terjadinya petir juga difasilitasi oleh pantulan bunyi dari awan, dan juga karena akibat pembiasan, gelombang bunyi merambat dengan cara yang berbeda-beda dan datang dengan penundaan yang berbeda-beda, selain itu pelepasannya sendiri tidak terjadi secara instan, tetapi berlangsung dalam waktu yang terbatas.

Volume guntur bisa mencapai 120 desibel.

Dengan mengukur interval waktu antara kilatan petir dan gemuruh guntur, Anda dapat menentukan secara kasar jarak di mana badai petir itu berada. Karena kecepatan cahaya sangat tinggi dibandingkan dengan kecepatan suara, maka kecepatan tersebut dapat diabaikan dengan memperhitungkan kecepatan suara saja, yaitu kira-kira 350 meter per detik. (Tetapi kecepatan suara sangat bervariasi, bergantung pada suhu udara; semakin rendah suhunya, semakin rendah pula kecepatannya.) Jadi, dengan mengalikan waktu antara kilatan petir dan gemuruh guntur dalam hitungan detik dengan nilai ini, kita dapat memperoleh nilai ini. dapat menilai kedekatan badai petir, dan dengan membandingkan pengukuran serupa, seseorang dapat menilai apakah badai petir mendekati pengamat (interval antara kilat dan guntur berkurang) atau menjauh (intervalnya bertambah). Biasanya guntur dapat terdengar pada jarak hingga 15-20 kilometer, sehingga jika pengamat melihat petir tetapi tidak mendengar guntur, maka badai petir tersebut setidaknya berjarak 20 kilometer.

Pelepasan percikan (percikan listrik)- bentuk pelepasan listrik non-stasioner yang terjadi dalam gas. Pelepasan seperti itu biasanya terjadi pada tekanan pada urutan tekanan atmosfer dan disertai dengan efek suara yang khas - “derak” percikan api. Suhu pada saluran utama pelepasan bunga api dapat mencapai 10.000 K. Di alam, lucutan bunga api sering terjadi dalam bentuk petir. Jarak yang “ditembus” oleh percikan api di udara bergantung pada tegangan dan dianggap sama dengan 10 kV per 1 sentimeter.

Pelepasan percikan biasanya terjadi ketika sumber energi tidak cukup kuat untuk mendukung pelepasan busur atau pijar yang stabil. Dalam hal ini, bersamaan dengan peningkatan tajam dalam arus pelepasan, tegangan melintasi celah pelepasan untuk waktu yang sangat singkat (dari beberapa mikrodetik menjadi beberapa ratus mikrodetik) turun di bawah tegangan pemadaman pelepasan percikan, yang menyebabkan penghentian pembuangannya. Kemudian beda potensial antar elektroda kembali meningkat, mencapai tegangan penyalaan, dan proses berulang. Dalam kasus lain, ketika kekuatan sumber energi cukup besar, seluruh rangkaian fenomena karakteristik pelepasan ini juga diamati, tetapi mereka hanya merupakan proses transisi yang mengarah pada pembentukan pelepasan jenis lain - paling sering berupa busur. satu. Jika sumber arus tidak mampu mempertahankan independensinya pelepasan listrik dalam jangka waktu yang lama, suatu bentuk pelepasan yang bertahan sendiri yang disebut pelepasan percikan diamati.

Pelepasan percikan adalah kumpulan saluran percikan yang terang, cepat menghilang atau saling menggantikan, seringkali sangat bercabang. Saluran-saluran ini diisi dengan plasma, yang dalam pelepasan percikan yang kuat tidak hanya mencakup ion-ion gas sumber, tetapi juga ion-ion zat elektroda, yang menguap secara intensif di bawah aksi pelepasan. Mekanisme pembentukan saluran percikan (dan akibatnya terjadinya pelepasan percikan) dijelaskan oleh teori streamer tentang gangguan listrik gas. Menurut teori ini, dari longsoran elektron yang timbul di medan listrik celah pelepasan, dalam kondisi tertentu, terbentuk pita - saluran bercabang tipis bercahaya redup yang mengandung atom gas terionisasi dan elektron bebas dipisahkan darinya. Diantaranya kita dapat menyoroti apa yang disebut. pemimpin - pelepasan cahaya lemah yang "membuka" jalan bagi pelepasan utama. Berpindah dari satu elektroda ke elektroda lainnya, ia menutup celah pelepasan dan menghubungkan elektroda dengan saluran konduktif kontinu. Kemudian pelepasan utama mengalir ke arah yang berlawanan di sepanjang jalur yang telah ditentukan, disertai dengan peningkatan tajam dalam kekuatan arus dan jumlah energi yang dilepaskan di dalamnya. Tiap saluran meluas dengan cepat, mengakibatkan gelombang kejut pada batas-batasnya. Kombinasi gelombang kejut dari saluran percikan yang meluas menghasilkan suara yang dianggap sebagai “retak” percikan api (dalam kasus petir, guntur).

Tegangan pengapian dari pelepasan bunga api biasanya cukup tinggi. Ketegangan Medan listrik dalam percikan api berkurang dari beberapa puluh kilovolt per sentimeter (sq/cm) pada saat kerusakan menjadi ~100 volt per sentimeter (v/cm) setelah beberapa mikrodetik. Arus maksimum dalam pelepasan percikan yang kuat dapat mencapai nilai beberapa ratus ribu ampere.

Jenis pelepasan percikan khusus adalah pelepasan percikan geser yang terjadi di sepanjang antarmuka antara gas dan dielektrik padat yang ditempatkan di antara elektroda, asalkan kuat medan melebihi kuat tembus udara. Daerah pelepasan percikan geser, yang didominasi oleh muatan bertanda satu, menginduksi muatan bertanda berbeda pada permukaan dielektrik, akibatnya saluran percikan menyebar di sepanjang permukaan dielektrik, membentuk apa yang disebut gambar Lichtenberg . Proses serupa dengan yang terjadi selama pelepasan percikan juga merupakan karakteristik pelepasan sikat, yang merupakan tahap transisi antara korona dan percikan api.

Petir- pelepasan percikan listrik raksasa di atmosfer, biasanya terjadi selama badai petir, yang diwujudkan dengan kilatan cahaya terang dan disertai guntur. Petir juga tercatat di Venus, Jupiter, Saturnus, dan Uranus. Arus pelepasan petir mencapai 10-20 ribu ampere, sehingga hanya sedikit orang yang berhasil selamat setelah tersambar petir.

Sifat kelistrikan petir terungkap dalam penelitian fisikawan Amerika B. Franklin, yang atas idenya dilakukan eksperimen untuk mengekstraksi listrik dari awan petir. Pengalaman Franklin dalam menjelaskan sifat kelistrikan petir sudah dikenal luas. Pada tahun 1750, ia menerbitkan sebuah karya yang menggambarkan eksperimen menggunakan layang-layang yang diluncurkan ke dalam badai petir. Pengalaman Franklin dijelaskan dalam karya Joseph Priestley.

Panjang rata-rata petir adalah 2,5 km, beberapa pelepasannya mencapai 20 km di atmosfer. Arus pada pelepasan petir mencapai 10-20 ribu ampere.

Formasi Petir

Paling sering, petir terjadi di awan kumulonimbus, kemudian disebut badai petir; Terkadang petir terbentuk di awan nimbostratus, begitu pula saat letusan gunung berapi, tornado dan badai debu.

Biasanya diamati ritsleting linier, yang termasuk dalam pelepasan tanpa elektroda, karena dimulai (dan diakhiri) dalam akumulasi partikel bermuatan. Hal ini menentukan beberapa sifatnya yang masih belum dapat dijelaskan yang membedakan petir dari pelepasan muatan antar elektroda. Jadi, petir tidak terjadi dalam jarak kurang dari beberapa ratus meter; mereka muncul di medan listrik yang jauh lebih lemah daripada medan selama pelepasan antarelektroda; Pengumpulan muatan yang dibawa oleh petir terjadi dalam seperseribu detik dari milyaran partikel kecil, terisolasi satu sama lain, dan terletak dalam volume beberapa km³. Proses perkembangan petir yang paling banyak dipelajari adalah di awan petir, sedangkan petir dapat melintas di awan itu sendiri - petir intracloud, atau dapat menyambar bumi - petir tanah. Agar petir dapat terjadi, diperlukan medan listrik (lihat listrik atmosfer) dalam volume awan yang relatif kecil (tetapi tidak kurang dari volume kritis tertentu) dengan kekuatan yang cukup untuk memulai pelepasan listrik (~ 1 MV/m) harus terbentuk, dan di sebagian besar awan akan terdapat medan dengan kekuatan rata-rata yang cukup untuk mempertahankan pelepasan awal (~ 0,1-0,2 MV/m). Dalam kilat Energi listrik awan berubah menjadi panas dan cahaya.

Petir tanah

Proses pengembangan petir tanah terdiri dari beberapa tahap. Pada tahap pertama, di zona di mana medan listrik mencapai nilai kritis, ionisasi tumbukan dimulai, yang awalnya diciptakan oleh muatan bebas, selalu ada dalam jumlah kecil di udara, yang, di bawah pengaruh medan listrik, memperoleh kecepatan yang signifikan menuju tanah dan, bertabrakan dengan molekul-molekul yang membentuk udara, mengionisasinya. Untuk lebih ide-ide modern, pelepasan muatan listrik diawali oleh sinar kosmik berenergi tinggi, yang memicu proses yang disebut runaway breakdown. Dengan cara ini, longsoran elektron muncul, berubah menjadi benang pelepasan listrik - pita, yang merupakan saluran berkonduksi baik, yang jika digabungkan, menghasilkan saluran terionisasi termal terang dengan konduktivitas tinggi - pemimpin petir berundak.

Gerakan pemimpin menuju permukaan bumi terjadi dalam langkah beberapa puluh meter dengan kecepatan ~ 50.000 kilometer per detik, setelah itu pergerakannya berhenti selama beberapa puluh mikrodetik, dan cahayanya sangat melemah; kemudian, pada tahap berikutnya, pemimpin kembali maju beberapa puluh meter. Cahaya terang menutupi semua langkah yang dilalui; kemudian berhenti dan melemahnya cahaya itu terjadi lagi. Proses ini berulang ketika pemimpin berpindah ke permukaan bumi kecepatan rata-rata 200.000 meter per detik.

Saat pemimpin bergerak menuju tanah, intensitas medan di ujungnya meningkat dan di bawah aksinya, aliran respons dikeluarkan dari objek yang menonjol di permukaan bumi, dan terhubung ke pemimpin. Fitur petir ini digunakan untuk membuat penangkal petir.

Pada tahap akhir, pelepasan petir terbalik (dari bawah ke atas), atau utama, mengikuti saluran yang terionisasi oleh pemimpin, ditandai dengan arus dari puluhan hingga ratusan ribu ampere, kecerahannya jauh melebihi kecerahan pemimpin, dan kecepatan kemajuan yang tinggi, awalnya mencapai ~100.000 kilometer per detik, dan pada akhirnya menurun menjadi ~10.000 kilometer per detik. Suhu saluran selama pelepasan utama dapat melebihi 25.000 °C. Panjang saluran petir bisa dari 1 hingga 10 km, diameternya bisa beberapa sentimeter. Setelah pulsa arus lewat, ionisasi saluran dan pancarannya melemah. Pada tahap terakhir, arus petir bisa bertahan seperseratus bahkan sepersepuluh detik, mencapai ratusan bahkan ribuan ampere. Petir seperti ini disebut petir berkepanjangan dan paling sering menimbulkan kebakaran.

Bahkan 250 tahun yang lalu, ilmuwan terkenal Amerika dan tokoh masyarakat Benjamin Franklin menemukan bahwa petir adalah pelepasan muatan listrik. Namun masih belum mungkin untuk mengungkap sepenuhnya semua rahasia yang disimpan petir: mempelajarinya sebuah fenomena alam sulit dan berbahaya.

(20 foto petir + video Petir dalam gerak lambat)

Di dalam awan

Awan petir tidak bisa disamakan dengan awan biasa. Warnanya yang suram dan kelam disebabkan oleh ketebalannya yang sangat tebal: tepi bawah awan tersebut menggantung pada jarak tidak lebih dari satu kilometer di atas permukaan tanah, sedangkan tepi atas dapat mencapai ketinggian 6-7 kilometer.

Apa yang terjadi di dalam awan ini? Uap air yang menyusun awan membeku dan berbentuk kristal es. Meningkatnya arus udara yang berasal dari bumi yang panas membawa bongkahan-bongkahan es kecil ke atas, memaksanya untuk terus-menerus bertabrakan dengan bongkahan es besar yang mengendap.

Ngomong-ngomong, di musim dingin bumi menjadi lebih panas, dan pada saat-saat seperti ini, praktis tidak ada aliran ke atas yang kuat yang terbentuk. Oleh karena itu, badai petir musim dingin sangat jarang terjadi.

Selama tumbukan, bongkahan es menjadi tersengat listrik, seperti yang terjadi pada gesekan. berbagai item satu sama lain, misalnya menyisir rambut. Selain itu, bongkahan es kecil memperoleh muatan positif, dan bongkahan es besar memperoleh muatan negatif. Oleh karena itu, bagian atas awan pembentuk petir memperoleh muatan positif, dan bagian bawah memperoleh muatan negatif. Beda potensial ratusan ribu volt muncul pada setiap meter jarak - baik antara awan dan tanah, maupun antar bagian awan.

Perkembangan petir

Perkembangan petir diawali dengan terbentuknya sumber petir di suatu tempat tertentu di awan. peningkatan konsentrasi ion - molekul air dan gas yang membentuk udara, yang elektronnya diambil atau ditambahkan elektron.

Menurut beberapa hipotesis, pusat ionisasi seperti itu diperoleh karena percepatan medan listrik elektron bebas, yang selalu ada di udara pada suhu rendah. jumlah besar, dan tumbukannya dengan molekul netral, yang segera terionisasi.

Menurut hipotesis lain, guncangan awal disebabkan oleh sinar kosmik, yang terus-menerus menembus atmosfer kita, mengionisasi molekul udara.

Gas terionisasi merupakan penghantar listrik yang baik, sehingga arus mulai mengalir melalui area terionisasi. Lebih lanjut - lebih lanjut: arus yang lewat memanaskan area ionisasi, menyebabkan semakin banyak partikel berenergi tinggi yang mengionisasi area di dekatnya - saluran petir menyebar dengan sangat cepat.

Mengikuti pemimpin

Dalam prakteknya, proses perkembangan petir terjadi dalam beberapa tahap. Pertama, ujung depan saluran penghantar, yang disebut “pemimpin”, bergerak dalam lompatan beberapa puluh meter, setiap kali berubah arah sedikit (hal ini membuat petir tampak berliku-liku). Terlebih lagi, kecepatan gerak sang “pemimpin” terkadang bisa mencapai 50 ribu kilometer dalam satu detik.

Pada akhirnya, “pemimpin” mencapai tanah atau bagian lain dari awan, tetapi ini belum merupakan tahap utama dalam perkembangan petir lebih lanjut. Setelah saluran terionisasi, yang ketebalannya bisa mencapai beberapa sentimeter, “terputus”, partikel bermuatan mengalir melewatinya dengan kecepatan luar biasa—hingga 100 ribu kilometer hanya dalam satu detik—ini adalah petir itu sendiri.

Arus dalam saluran ratusan dan ribuan ampere, dan suhu di dalam saluran, pada saat yang sama, mencapai 25 ribu derajat - itulah sebabnya petir memberikan kilatan terang, terlihat dari jarak puluhan kilometer. Dan perubahan suhu seketika sebesar ribuan derajat menciptakan perbedaan tekanan udara yang sangat besar, menyebar dalam bentuk gelombang suara—guntur. Tahap ini berlangsung sangat singkat - seperseribu detik, namun energi yang dilepaskan sangat besar.

Babak final

Pada tahap akhir, kecepatan dan intensitas pergerakan muatan dalam saluran menurun, namun masih cukup besar. Inilah momen paling berbahaya: Babak final hanya dapat bertahan sepersepuluh (atau bahkan kurang) detik. Dampak jangka panjang terhadap benda-benda di tanah (misalnya pohon kering) sering kali menyebabkan kebakaran dan kehancuran.

Selain itu, sebagai aturan, masalahnya tidak terbatas pada satu pelepasan - “pemimpin” baru dapat bergerak di sepanjang jalur yang dilalui, menyebabkan pelepasan berulang di tempat yang sama, jumlahnya mencapai beberapa lusin.

Meskipun petir telah dikenal umat manusia sejak kemunculan manusia itu sendiri di bumi, namun hingga saat ini petir belum sepenuhnya dipelajari.

Banyak orang yang takut fenomena yang mengerikan alam - badai petir. Hal ini biasanya terjadi saat matahari tertutup awan gelap, guntur dahsyat menggelegar, dan hujan lebat turun.

Tentunya anda harus takut dengan petir, karena bahkan dapat membunuh atau menyebabkan kematian, hal ini sudah diketahui sejak lama, oleh karena itu mereka munculkan berbagai cara untuk perlindungan dari petir dan guntur (misalnya tiang logam).

Apa yang terjadi di atas sana dan dari mana datangnya guntur? Dan bagaimana petir bisa terjadi?

Awan badai

Biasanya berukuran besar. Tingginya mencapai beberapa kilometer. Tidak terlihat secara visual bagaimana segala sesuatu bergolak dan mendidih di dalam awan yang menggelegar ini. Udara ini, termasuk tetesan air, bergerak dengan kecepatan tinggi dari bawah ke atas dan sebaliknya.

Suhu bagian paling atas dari awan ini mencapai -40 derajat, dan tetesan air yang jatuh ke bagian awan ini membeku.

Tentang asal usul awan petir

Sebelum kita mempelajari dari mana datangnya guntur dan bagaimana petir terjadi, mari kita uraikan secara singkat bagaimana awan petir terbentuk.

Sebagian besar fenomena ini terjadi bukan di permukaan air di planet ini, tetapi di benua. Selain itu, awan petir terbentuk secara intensif di benua dengan garis lintang tropis, di mana udara di dekat permukaan bumi (berbeda dengan udara di atas permukaan air) menjadi sangat panas dan naik dengan cepat.

Biasanya di lereng dengan ketinggian berbeda, udara panas serupa terbentuk, yang menarik masuk udara basah dari wilayah yang luas di permukaan bumi dan mengangkatnya ke atas.

Ini adalah bagaimana apa yang disebut awan kumulus terbentuk, yang berubah menjadi awan petir, yang dijelaskan tepat di atas.

Sekarang mari kita perjelas apa itu petir, dari mana asalnya?

Kilat dan petir

Dari tetesan beku yang sama, terbentuklah bongkahan es, yang juga bergerak di awan dengan kecepatan tinggi, bertabrakan, runtuh, dan terisi listrik. Potongan-potongan es yang lebih ringan dan lebih kecil tetap berada di atas, dan potongan-potongan es yang lebih besar mencair, turun, kembali berubah menjadi tetesan air.

Jadi, dua muatan listrik muncul dalam awan petir. Di atas negatif, di bawah positif. Ketika muatan yang berbeda bertemu, muatan yang kuat tercipta dan petir terjadi. Menjadi jelas dari mana asalnya. Apa yang terjadi selanjutnya? Kilatan petir seketika memanas dan memperluas udara di sekitarnya. Yang terakhir menjadi sangat panas sehingga terjadi ledakan. Ini adalah guntur yang menakutkan semua makhluk hidup di bumi.

Ternyata semua itu adalah manifestasi, lalu muncul pertanyaan berikutnya, dari mana datangnya yang terakhir, dan dalam jumlah yang begitu besar. Dan kemana perginya?

Ionosfir

Kami menemukan apa itu petir dan dari mana asalnya. Sekarang sedikit tentang proses yang mempertahankan muatan bumi.

Para ilmuwan telah menemukan bahwa muatan bumi umumnya kecil dan hanya berjumlah 500.000 coulomb (sama dengan 2 aki mobil). Lalu kemana perginya muatan negatif yang terbawa petir lebih dekat ke permukaan bumi?

Biasanya, dalam cuaca cerah, bumi mengeluarkan cairan secara perlahan (arus lemah terus-menerus mengalir antara ionosfer dan permukaan bumi melalui seluruh atmosfer). Meskipun udara dianggap sebagai isolator, udara mengandung sejumlah kecil ion, sehingga memungkinkan adanya arus di seluruh atmosfer. Berkat ini, meski perlahan, muatan negatif berpindah dari permukaan bumi ke ketinggian. Oleh karena itu, volume muatan total bumi selalu tidak berubah.

Saat ini pendapat yang paling umum adalah bahwa bola petir adalah jenis khusus muatannya berbentuk bola, dan yang sudah ada cukup lama dan bergerak sepanjang lintasan yang tidak dapat diprediksi.

Saat ini tidak ada teori tunggal tentang asal mula fenomena ini. Ada banyak hipotesis, namun sejauh ini belum ada yang mendapat pengakuan di kalangan ilmuwan.

Biasanya, seperti kesaksian saksi mata, hal itu terjadi saat terjadi badai petir atau badai. Namun ada juga kasus terjadinya pada cuaca cerah. Lebih sering ditimbulkan oleh petir biasa, kadang muncul dan turun dari awan, dan lebih jarang muncul secara tidak terduga di udara atau bahkan bisa keluar dari suatu benda (pilar, pohon).

Beberapa fakta menarik

Kami menemukan dari mana datangnya guntur dan kilat. Nah sedikit tentang fakta menarik terkait fenomena alam yang telah dijelaskan di atas.

1. Bumi mengalami sekitar 25 juta kilatan petir setiap tahunnya.

2. Ada petir panjang rata-rata kurang lebih 2,5 km. Ada juga pelepasan yang mencapai 20 km di atmosfer.

3. Ada kepercayaan bahwa petir tidak bisa menyambar dua kali di tempat yang sama. Kenyataannya tidak demikian. Hasil analisis (oleh peta geografis) lokasi sambaran petir selama beberapa tahun sebelumnya menunjukkan bahwa petir dapat menyambar tempat yang sama beberapa kali.

Jadi kami menemukan apa itu petir dan dari mana asalnya.

Badai petir terbentuk akibat kompleks fenomena atmosfer skala planet.

Setiap detik, sekitar 50 kilatan petir terjadi di planet Bumi.

Laporan

Guntur dan kilat

Volume guntur bisa mencapai 120 desibel.

Pelepasan percikan biasanya terjadi ketika sumber energi tidak cukup kuat untuk mendukung pelepasan busur atau pijar yang stabil. Dalam hal ini, bersamaan dengan peningkatan tajam dalam arus pelepasan, tegangan melintasi celah pelepasan untuk waktu yang sangat singkat (dari beberapa mikrodetik menjadi beberapa ratus mikrodetik) turun di bawah tegangan pemadaman pelepasan percikan, yang menyebabkan penghentian pembuangannya. Kemudian beda potensial antar elektroda kembali meningkat, mencapai tegangan penyalaan, dan proses berulang. Dalam kasus lain, ketika kekuatan sumber energi cukup besar, seluruh rangkaian fenomena karakteristik pelepasan ini juga diamati, tetapi mereka hanya merupakan proses transisi yang mengarah pada pembentukan pelepasan jenis lain - paling sering berupa busur. satu. Jika sumber arus tidak mampu mempertahankan pelepasan listrik mandiri untuk waktu yang lama, maka akan terjadi suatu bentuk pelepasan mandiri yang disebut pelepasan percikan.

Tegangan pengapian dari pelepasan bunga api biasanya cukup tinggi. Kekuatan medan listrik pada percikan berkurang dari beberapa puluh kilovolt per sentimeter (kV/cm) pada saat kerusakan menjadi ~100 volt per sentimeter (V/cm) setelah beberapa mikrodetik. Arus maksimum dalam pelepasan percikan yang kuat dapat mencapai nilai beberapa ratus ribu ampere.

Panjang rata-rata petir adalah 2,5 km, beberapa pelepasannya mencapai 20 km di atmosfer. Arus pada pelepasan petir mencapai 10-20 ribu ampere.

Formasi Petir

Paling sering, petir terjadi di awan kumulonimbus, kemudian disebut badai petir; Petir terkadang terbentuk di awan nimbostratus, serta selama letusan gunung berapi, tornado, dan badai debu.

Biasanya yang diamati adalah petir linier, yang termasuk dalam pelepasan tanpa elektroda, karena dimulai (dan diakhiri) dalam akumulasi partikel bermuatan. Hal ini menentukan beberapa sifatnya yang masih belum dapat dijelaskan yang membedakan petir dari pelepasan muatan antar elektroda. Jadi, petir tidak terjadi dalam jarak kurang dari beberapa ratus meter; mereka muncul di medan listrik yang jauh lebih lemah daripada medan selama pelepasan antarelektroda; Pengumpulan muatan yang dibawa oleh petir terjadi dalam seperseribu detik dari milyaran partikel kecil, terisolasi satu sama lain, dan terletak dalam volume beberapa km³. Proses perkembangan petir yang paling banyak dipelajari adalah di awan petir, sedangkan petir dapat melintas di awan itu sendiri - petir intracloud, atau dapat menyambar bumi - petir tanah. Agar petir dapat terjadi, diperlukan medan listrik (lihat listrik atmosfer) dalam volume awan yang relatif kecil (tetapi tidak kurang dari volume kritis tertentu) dengan kekuatan yang cukup untuk memulai pelepasan listrik (~ 1 MV/m) harus terbentuk, dan di sebagian besar awan akan terdapat medan dengan kekuatan rata-rata yang cukup untuk mempertahankan pelepasan awal (~ 0,1-0,2 MV/m). Dalam petir, energi listrik awan diubah menjadi panas dan cahaya.

Petir tanah

Proses pengembangan petir tanah terdiri dari beberapa tahap. Pada tahap pertama, di zona di mana medan listrik mencapai nilai kritis, ionisasi tumbukan dimulai, yang awalnya diciptakan oleh muatan bebas, selalu ada dalam jumlah kecil di udara, yang, di bawah pengaruh medan listrik, memperoleh kecepatan yang signifikan menuju tanah dan, bertabrakan dengan molekul-molekul yang membentuk udara, mengionisasinya. Menurut konsep yang lebih modern, pelepasan muatan listrik diawali oleh sinar kosmik berenergi tinggi, yang memicu proses yang disebut pemecahan elektron tak terkendali. Dengan cara ini, longsoran elektron muncul, berubah menjadi benang pelepasan listrik - pita, yang merupakan saluran berkonduksi baik, yang jika digabungkan, menghasilkan saluran terionisasi termal terang dengan konduktivitas tinggi - pemimpin petir berundak.

Pergerakan pemimpin menuju permukaan bumi terjadi dalam beberapa puluh meter dengan kecepatan ~ 50.000 kilometer per detik, setelah itu pergerakannya berhenti selama beberapa puluh mikrodetik, dan cahayanya sangat melemah; kemudian, pada tahap berikutnya, pemimpin kembali maju beberapa puluh meter. Cahaya terang menutupi semua langkah yang dilalui; kemudian berhenti dan melemahnya cahaya itu terjadi lagi. Proses ini berulang saat pemimpin bergerak ke permukaan bumi dengan kecepatan rata-rata 200.000 meter per detik.

Debit utama seringkali hanya mengeluarkan sebagian dari awan. Biaya terletak di dataran tinggi, dapat memunculkan pemimpin baru (berbentuk panah) yang bergerak terus menerus dengan kecepatan ribuan kilometer per detik. Kecerahan pancarannya mendekati kecerahan pemimpin yang melangkah. Ketika pemimpin berbentuk panah mencapai permukaan bumi, pemimpin kedua menyusul pukulan utama, mirip dengan yang pertama. Biasanya, petir mencakup beberapa pelepasan yang berulang, tetapi jumlahnya bisa mencapai beberapa lusin. Durasi beberapa petir bisa melebihi 1 detik. Perpindahan saluran beberapa petir oleh angin menciptakan apa yang disebut pita petir - pita bercahaya.

Petir intracloud

Petir intracloud biasanya hanya mencakup tahapan pemimpin; panjangnya berkisar antara 1 hingga 150 km. Porsi petir intracloud meningkat seiring dengan perpindahan ke arah khatulistiwa, bervariasi dari 0,5 V garis lintang sedang hingga 0,9 di jalur khatulistiwa. Lintasan petir disertai dengan perubahan medan listrik dan magnet serta emisi radio, yang disebut atmosfer.

Kemungkinan suatu benda di tanah tersambar petir meningkat seiring dengan bertambahnya ketinggiannya dan dengan meningkatnya konduktivitas listrik tanah di permukaan atau pada kedalaman tertentu (aksi penangkal petir didasarkan pada faktor-faktor ini). Jika terdapat medan listrik di awan yang cukup untuk mempertahankan pelepasan muatan listrik, namun tidak cukup untuk menyebabkan terjadinya, kabel logam panjang atau pesawat terbang dapat bertindak sebagai pemicu petir - terutama jika muatan listriknya sangat tinggi. Dengan cara ini, petir terkadang “terprovokasi” di awan nimbostratus dan awan kumulus yang kuat.

Petir masuk atmosfer atas

Pada tahun 1989, jenis petir khusus ditemukan - elf, petir di lapisan atas atmosfer. Pada tahun 1995, jenis petir lain ditemukan di lapisan atas atmosfer - jet.

Elf (Elf Inggris; Emisi Cahaya dan Gangguan Frekuensi Sangat Rendah dari Sumber Pulsa Elektromagnetik) adalah kerucut kilat yang besar namun bercahaya redup dengan diameter sekitar 400 km, yang muncul langsung dari puncak awan petir. Ketinggian elf bisa mencapai 100 km, durasi kilatannya mencapai 5 ms (rata-rata 3 ms).

Jet adalah tabung-kerucut berwarna biru. Ketinggian jet bisa mencapai 40-70 km (batas bawah ionosfer); jet hidup relatif lebih lama dibandingkan elf.

Interaksi petir dengan permukaan bumi dan benda-benda yang berada di atasnya

“Setiap detik, sekitar 50 petir menyambar permukaan bumi, dan rata-rata, setiap kilometer persegi disambar petir enam kali dalam setahun.”

Sambaran petir paling kuat menyebabkan lahirnya fulgurit.

Manusia dan kilat

Petir merupakan ancaman serius bagi kehidupan manusia. Kekalahan seseorang atau hewan oleh petir sering terjadi di ruang terbuka, karena arus listrik mengalir melalui jalur terpendek “tanah petir”. Seringkali petir menyambar pohon dan instalasi trafo kereta api, menyebabkannya terbakar. Tidak mungkin tersambar petir linier biasa di dalam gedung, tetapi ada pendapat bahwa apa yang disebut petir bola dapat menembus celah dan membuka jendela. Petir biasa berbahaya bagi antena televisi dan radio yang terletak di atap gedung bertingkat, serta peralatan jaringan.

Perubahan patologis yang sama diamati pada tubuh korban seperti halnya sengatan listrik. Korban kehilangan kesadaran, terjatuh, kejang-kejang, dan pernapasan serta detak jantung sering terhenti. Adalah umum untuk menemukan “tanda arus” pada tubuh, tempat masuk dan keluarnya listrik. Pada kasus kematian, penyebab terhentinya fungsi vital dasar adalah terhentinya pernafasan dan detak jantung secara tiba-tiba, akibat efek langsung petir pada pusat pernafasan dan vasomotor medula oblongata. Yang disebut tanda petir, garis-garis merah muda atau merah muda seperti pohon sering tertinggal di kulit, menghilang ketika ditekan dengan jari (bertahan selama 1 - 2 hari setelah kematian). Itu adalah hasil perluasan kapiler di area kontak petir dengan tubuh.

Saat tersambar petir, yang pertama kesehatan harus mendesak. Dalam kasus yang parah (berhentinya pernapasan dan detak jantung), resusitasi diperlukan, harus diberikan tanpa menunggu pekerja medis, saksi kemalangan. Resusitasi hanya efektif pada menit-menit pertama setelah sambaran petir, dimulai setelah 10 - 15 menit, biasanya tidak lagi efektif. Rawat inap darurat diperlukan dalam semua kasus.

Petir adalah pelepasan listrik yang kuat. Hal ini terjadi ketika awan atau tanah sangat teraliri listrik. Oleh karena itu, pelepasan petir dapat terjadi baik di dalam awan, atau di antara awan berlistrik di dekatnya, atau antara awan berlistrik dan tanah. Pelepasan petir diawali dengan terjadinya beda potensial listrik antara awan tetangga atau antara awan dan tanah.

Elektrisasi, yaitu pembentukan gaya tarik menarik yang bersifat kelistrikan, telah diketahui semua orang dari pengalaman sehari-hari.

Jika Anda menyisir rambut yang bersih dan kering dengan sisir plastik, rambut akan tertarik, atau bahkan berkilau. Setelah itu, sisir juga dapat menarik benda kecil lainnya, misalnya potongan kertas kecil. Fenomena ini disebut elektrifikasi karena gesekan.

Apa yang menyebabkan awan menggemparkan? Lagi pula, mereka tidak bergesekan satu sama lain, seperti yang terjadi ketika muatan elektrostatis terbentuk pada rambut dan sisir.

Awan petir adalah sejumlah besar uap, beberapa di antaranya mengembun dalam bentuk tetesan kecil atau gumpalan es yang terapung. Bagian atas awan petir dapat berada pada ketinggian 6-7 km, dan bagian bawahnya dapat menggantung di atas permukaan tanah pada ketinggian 0,5-1 km. Di atas 3-4 km, awan terdiri dari gumpalan es yang terapung dengan berbagai ukuran, karena suhu di sana selalu di bawah nol. Potongan-potongan es ini terus bergerak karena naiknya arus udara hangat dari permukaan bumi yang panas. Potongan-potongan es yang kecil lebih mudah terbawa arus udara yang naik dibandingkan dengan potongan-potongan es yang berukuran besar. Oleh karena itu, “gesit” potongan-potongan kecil es, bergerak masuk bagian atas awan bertabrakan dengan awan besar sepanjang waktu. Setiap tabrakan menyebabkan elektrifikasi. Dalam hal ini, bongkahan es besar bermuatan negatif, dan bongkahan es kecil bermuatan positif. Seiring waktu, bongkahan es kecil yang bermuatan positif berakhir di bagian atas awan, dan bongkahan es besar yang bermuatan negatif berakhir di bagian bawah. Dengan kata lain, bagian atas awan petir bermuatan positif dan bagian bawah bermuatan negatif.

Medan listrik awan memiliki intensitas yang sangat besar - sekitar satu juta V/m. Ketika daerah besar yang bermuatan berlawanan berada cukup dekat satu sama lain, beberapa elektron dan ion, yang berjalan di antara keduanya, menciptakan saluran plasma bercahaya yang melaluinya partikel bermuatan lain akan mengejarnya. Ini adalah bagaimana pelepasan petir terjadi.

Selama pelepasan ini, energi yang sangat besar dilepaskan - hingga satu miliar J. Suhu saluran mencapai 10.000 K, sehingga menimbulkan cahaya terang yang kita amati selama pelepasan petir. Awan terus-menerus keluar melalui saluran-saluran ini, dan kita melihat manifestasi eksternal dari fenomena atmosfer ini dalam bentuk petir.

Media panas mengembang secara eksplosif dan menyebabkan gelombang kejut, yang dianggap sebagai guntur.

Kita sendiri bisa mensimulasikan petir, bahkan yang mini sekalipun. Eksperimen harus dilakukan di ruangan gelap, jika tidak, tidak ada yang terlihat. Kami membutuhkan dua lonjong balon. Mari kita kembangkan dan ikat. Kemudian, pastikan tidak bersentuhan, kami sekaligus menggosoknya dengan kain wol. Udara yang mengisinya dialiri arus listrik. Jika bola-bola tersebut didekatkan, menyisakan jarak minimum di antara keduanya, maka percikan api akan mulai berpindah dari satu bola ke bola lainnya melalui lapisan tipis udara, menciptakan kilatan cahaya. Pada saat yang sama, kita akan mendengar suara berderak samar - tiruan mini guntur saat terjadi badai petir.

Setiap orang yang pernah melihat kilat pasti memperhatikan bahwa itu bukanlah garis lurus yang bersinar terang, melainkan garis putus-putus. Oleh karena itu, proses pembentukan saluran konduktif untuk pelepasan petir disebut “pemimpin langkah”. Masing-masing “langkah” ini adalah tempat di mana elektron, yang dipercepat hingga mendekati kecepatan cahaya, berhenti karena tumbukan dengan molekul udara dan mengubah arah pergerakannya.

Jadi, petir adalah pecahnya kapasitor yang dielektriknya adalah udara, dan pelatnya adalah awan dan bumi. Kapasitas kapasitor semacam itu kecil - sekitar 0,15 μF, tetapi cadangan energinya sangat besar, karena tegangannya mencapai satu miliar volt.

Satu petir biasanya terdiri dari beberapa pelepasan, yang masing-masing hanya berlangsung beberapa puluh sepersejuta detik.

Petir paling sering terjadi di awan kumulonimbus. Petir juga terjadi saat letusan gunung berapi, tornado, dan badai debu.

Ada beberapa jenis petir berdasarkan bentuk dan arah pelepasannya. Keputihan dapat terjadi: