Petir adalah pelepasan energi listrik yang sangat kuat. Sifat kemunculannya terletak pada kuatnya elektrifikasi awan atau permukaan bumi. Oleh karena itu, pelepasan muatan listrik terjadi di awan itu sendiri, atau di antara dua awan yang berdekatan, atau antara awan dan tanah. Kebanyakan orang takut terhadap badai petir. Fenomena tersebut sungguh menakutkan. Awan tampak suram menutupi matahari, guntur bergemuruh, kilat menyambar, dan hujan lebat turun. Tapi dari mana datangnya petir, bagaimana menjelaskan kepada anak apa yang terjadi di atas?

Dari mana datangnya guntur dan kilat - penjelasan untuk anak-anak

Guntur bergemuruh dan kilat muncul. Proses terjadinya petir dibagi menjadi sambaran pertama dan sambaran berikutnya. Alasannya adalah sengatan primer menciptakan jalur pelepasan listrik. Debit negatif terakumulasi di dasar awan.

Dan permukaan bumi mempunyai muatan positif. Oleh karena itu, elektron di awan tertarik ke bumi dan bergegas turun. Segera setelah elektron pertama mencapai permukaan bumi, sebuah saluran bebas untuk aliran muatan listrik tercipta, di mana elektron-elektron yang tersisa mengalir ke bawah. Elektron di dekat bumi adalah yang pertama meninggalkan saluran. Yang lain bergegas untuk mengambil tempat mereka. Suatu kondisi tercipta di mana semua pelepasan energi negatif keluar dari awan, menciptakan aliran listrik kuat yang diarahkan ke dalam tanah. Pada saat seperti itulah kilatan petir mungkin terjadi, disertai dengan gemuruh guntur.

Dari manakah datangnya bola petir?

Apakah petir disebut petir bola? Jenis petir ini dianggap jenis khusus; berupa bola bercahaya yang melayang di udara. Ukurannya sepuluh hingga dua puluh sentimeter, warnanya biru, oranye atau putih. Suhu bola tersebut sangat tinggi sehingga jika tiba-tiba pecah, cairan di sekitarnya akan menguap, dan benda logam atau kaca akan meleleh.

Bola seperti itu bisa ada lama. Saat bergerak, ia dapat berubah arah secara tidak terduga, melayang di udara selama beberapa detik, atau menyimpang tajam ke satu sisi.

Petir bola paling sering terbentuk saat terjadi badai petir, namun ada kalanya terlihat saat cuaca cerah. Kemunculannya terjadi dalam satu salinan, secara tidak terduga. Bola tersebut mampu turun dari awan, muncul di udara dari balik pilar atau pohon secara tidak terduga. Dia bisa memasuki ruang terbatas melalui stopkontak atau TV.

Dari mana datangnya guntur dan kilat?

Unsur-unsur tersebut memerlukan keadaan tertentu untuk mewujudkan kekuatannya. Awan yang dialiri listrik menghasilkan kilat. Namun untuk menembus lapisan atmosfer, tidak semua awan memiliki kekuatan yang cukup untuk itu. Awan yang tingginya mencapai beberapa ribu meter akan dianggap sebagai badai petir. Bagian bawah awan terletak di dekat permukaan bumi, suhu di sana lebih tinggi daripada di bagian atas awan, di mana tetesan air dapat membeku.

Massa udara terus bergerak. Udara hangat naik dan turun. Ketika partikel bergerak, mereka menjadi teraliri listrik. DI DALAM berbagai bagian awan mengumpulkan potensi yang tidak setara. Ketika nilai kritis tercapai, terjadi kilatan cahaya yang disertai gemuruh guntur.

Petir yang berbahaya

Biasanya pukulan pertama disusul pukulan kedua. Hal ini disebabkan oleh fakta bahwa elektron pada kilatan pertama mengionisasi udara, menciptakan kemungkinan lewatnya elektron kedua. Oleh karena itu, wabah berikutnya terjadi hampir tanpa jeda, terjadi di tempat yang sama. Petir yang muncul dari awan dapat menyebabkan kerusakan signifikan pada manusia melalui pelepasan listriknya. Sekalipun pukulannya dekat, konsekuensinya akan berdampak buruk pada kesehatan Anda.

Saat terjadi badai petir, Anda harus berada di darat, sedekat mungkin dengan permukaan bumi. Disarankan untuk tidak menggunakan perangkat seluler.

Kabut yang menjulang tinggi di atas permukaan tanah terdiri dari partikel-partikel air dan membentuk awan. Awan yang lebih besar dan lebih berat disebut mendung. Beberapa awan sederhana - tidak menimbulkan kilat atau guntur. Yang lainnya disebut badai petir, karena merekalah yang menciptakan badai petir, membentuk kilat dan guntur. Awan petir berbeda dari awan hujan biasa karena bermuatan listrik: ada yang positif, ada yang negatif.

Bagaimana awan petir terbentuk?

Semua orang tahu betapa kuatnya angin saat terjadi badai petir. Namun pusaran udara yang lebih kuat terbentuk lebih tinggi di atas permukaan tanah, di mana hutan dan pegunungan tidak mengganggu pergerakan udara. Angin ini terutama menghasilkan listrik positif dan negatif di awan. Untuk memahami hal ini, perhatikan bagaimana listrik didistribusikan di setiap tetes air. Penurunan seperti itu diperlihatkan diperbesar pada Gambar. 8. Di pusatnya terdapat listrik positif, dan listrik negatif yang sama terletak di permukaan tetesan. Tetesan air hujan yang jatuh terbawa angin dan jatuh ke arus udara. Angin yang menerpa tetesan air dengan kekuatan memecahnya menjadi beberapa bagian. Dalam hal ini, partikel luar tetesan yang memisahkan diri menjadi bermuatan listrik negatif. Sisa tetesan yang lebih besar dan lebih berat diisi dengan listrik positif. Bagian awan tempat partikel-partikel tetesan berat terakumulasi bermuatan listrik positif.

Beras. 8. Beginilah cara listrik disalurkan melalui tetesan air hujan. Listrik positif di dalam tetesan diwakili oleh satu tanda “+” (besar).

Semakin kuat angin, semakin cepat awan tersebut terisi listrik. Angin mengeluarkan sejumlah usaha untuk memisahkan listrik positif dan negatif.

Hujan yang turun dari awan membawa sebagian listrik awan ke tanah dan, dengan demikian, timbul gaya tarik-menarik listrik antara awan dan tanah.

Pada Gambar. Gambar 9 menunjukkan sebaran listrik di awan dan di permukaan bumi. Jika suatu awan bermuatan listrik negatif, maka dengan mencoba menariknya, listrik positif bumi akan disalurkan ke permukaan semua benda tinggi yang menghantarkan listrik. listrik. Semakin tinggi suatu benda berdiri di atas tanah, semakin kecil jarak antara puncaknya dan dasar awan, serta semakin kecil lapisan udara yang tersisa di sini yang memisahkan listrik yang berlawanan. Tentunya di tempat seperti itu petir lebih mudah mencapai tanah. Kami akan membicarakan hal ini lebih detail nanti.

Beras. 9. Distribusi listrik pada benda awan petir dan tanah.

2. Apa penyebab terjadinya petir?

Mendekati pohon atau rumah yang tinggi, awan petir bermuatan listrik bekerja padanya dengan cara yang persis sama seperti pada percobaan terakhir yang kita anggap sebagai batang bermuatan yang bekerja pada elektroskop. Di atas pohon atau di atap rumah, jenis listrik yang berbeda dihasilkan melalui pengaruh dibandingkan yang dibawa oleh awan. Jadi, misalnya, pada Gambar. 9, awan bermuatan listrik negatif menarik listrik positif ke atap, dan listrik negatif rumah masuk ke dalam tanah.

Baik listrik - di awan maupun di atap rumah - cenderung saling tarik menarik. Jika ada banyak listrik di awan, maka banyak listrik yang dihasilkan di dalam rumah melalui pengaruhnya. Sama seperti air yang naik dapat menghanyutkan bendungan dan mengalir deras dalam aliran badai, membanjiri lembah dengan pergerakannya yang tidak terkendali, demikian pula listrik, yang terakumulasi dalam jumlah yang semakin banyak di awan, pada akhirnya dapat menembus lapisan udara yang memisahkannya dari permukaan awan. bumi dan bergegas turun menuju bumi, menuju listrik yang berlawanan. Akan terjadi pelepasan muatan listrik yang kuat - percikan listrik akan melompat antara awan dan rumah.

Ini adalah petir yang menyambar rumah.

Pelepasan petir dapat terjadi tidak hanya antara awan dan tanah, tetapi juga antara dua awan yang bermuatan listrik berbeda.

3. Bagaimana petir berkembang?

Seringkali, petir yang menyambar tanah berasal dari awan yang bermuatan listrik negatif. Petir yang menyambar dari awan berkembang seperti ini.

Pertama, elektron mulai mengalir dari awan menuju bumi dalam jumlah kecil, melalui saluran sempit, membentuk sesuatu seperti aliran di udara. Pada Gambar. Gambar 10 menunjukkan awal pembentukan petir. Di bagian awan tempat pembentukan saluran dimulai, elektron telah terakumulasi dan memiliki kecepatan pergerakan yang tinggi, sehingga ketika bertabrakan dengan atom udara, mereka memecahnya menjadi inti dan elektron. Elektron yang dilepaskan dalam hal ini juga bergegas menuju bumi dan, sekali lagi bertabrakan dengan atom udara, membelahnya. Hal ini mirip dengan turunnya salju di pegunungan, ketika pada mulanya gumpalan kecil, menggelinding ke bawah, ditumbuhi kepingan salju yang menempel padanya, dan, semakin cepat, berubah menjadi longsoran salju yang dahsyat. Dan di sini longsoran elektron menangkap lebih banyak volume udara, memecah atom-atomnya menjadi beberapa bagian. Pada saat yang sama, udara memanas, dan seiring dengan peningkatan suhu, konduktivitasnya meningkat; itu berubah dari isolator menjadi konduktor. Melalui saluran konduktif udara yang dihasilkan, listrik mulai mengalir keluar dari awan dalam jumlah yang semakin banyak. Listrik mendekati bumi dengan kecepatan luar biasa, mencapai 100 kilometer per detik. Sebagai perbandingan, mari kita ingat bahwa kecepatan terbang proyektil senjata modern tidak melebihi dua kilometer per detik.

Beras. 10. Petir mulai terbentuk di awan.

Setelah seperseratus detik, longsoran elektron mencapai tanah. Ini hanya mengakhiri bagian pertama, bisa dikatakan, bagian “persiapan” dari petir: petir telah sampai ke tanah. Bagian kedua, bagian utama dari perkembangan petir masih di depan.

Bagian yang dianggap dari formasi petir disebut pemimpin. Ini kata asing berarti "memimpin" dalam bahasa Rusia. Pemimpin membuka jalan bagi bagian petir kedua yang lebih kuat; bagian ini disebut bagian utama.

Begitu saluran mencapai tanah, listrik mulai mengalir melalui saluran tersebut dengan lebih deras dan cepat. Sekarang ada hubungan antara listrik negatif yang terkumpul di saluran dan listrik positif yang masuk ke dalam tanah melalui tetesan air hujan dan melalui pengaruh listrik – terjadi pelepasan listrik antara awan dan tanah. Pelepasan seperti itu mewakili arus listrik dengan kekuatan yang sangat besar - kekuatan ini jauh lebih besar daripada arus dalam jaringan listrik konvensional. Arus yang mengalir dalam saluran meningkat dengan sangat cepat, dan setelah mencapai kekuatan terbesarnya, arus tersebut mulai berkurang secara bertahap. Saluran petir yang dilalui arus kuat tersebut menjadi sangat panas dan karenanya bersinar terang. Namun waktu aliran arus pada lucutan petir sangat singkat. Pelepasan tersebut berlangsung dalam sepersekian detik yang sangat kecil, sehingga energi listrik yang diperoleh selama pelepasan tersebut relatif kecil.

Pada Gambar. Gambar 11 menunjukkan pergerakan bertahap pemimpin petir menuju tanah (tiga gambar pertama di sebelah kiri). Tiga gambar terakhir menunjukkan momen-momen individual pembentukan bagian kedua (utama) petir.

Beras. 11. Perkembangan bertahap dari pemimpin petir (tiga gambar pertama) dan bagian utamanya (tiga gambar terakhir).

Seseorang yang melihat kilat, tentu saja, tidak akan dapat membedakan pemimpinnya dari bagian utama, karena mereka mengikuti satu sama lain dengan sangat cepat, melalui jalur yang sama. Namun dengan bantuan kamera fotografi Anda dapat melihat dengan jelas kedua proses tersebut. Peralatan fotografi yang digunakan dalam kasus ini bersifat khusus. Perbedaan utamanya dari kamera konvensional adalah pelatnya berbentuk bulat dan berputar selama pengambilan gambar - seperti piringan hitam. Oleh karena itu, gambar yang diambil dengan alat semacam itu diregangkan dan “diolesi”.

Setelah menghubungkan dua jenis listrik yang berbeda, arusnya terputus. Namun, petir biasanya tidak berakhir di situ. Seringkali, seorang pemimpin baru segera bergegas mengikuti jalur yang ditetapkan oleh kategori pertama, dan bagian utama dari kategori tersebut mengikutinya melalui jalur yang sama. Ini melengkapi kategori kedua.

Hingga 50 kategori terpisah tersebut, masing-masing terdiri dari pemimpin dan bagian utamanya sendiri, dapat dibentuk. Paling sering ada 2-3 di antaranya. Munculnya pelepasan muatan individu membuat petir terputus-putus, dan sering kali orang yang melihat petir melihatnya berkedip-kedip.

Inilah penyebab kerlap-kerlip petir.

Karena petir terdiri dari beberapa kilatan cahaya yang bergantian dengan cepat, gambar individual muncul pada pelat fotografi berputar yang terletak pada jarak tertentu satu sama lain. Semakin cepat pelat berputar, semakin besar jarak antar gambar.

Waktu antara pembentukan pelepasan individu sangat singkat; itu tidak melebihi seperseratus detik. Jika jumlah debitnya sangat banyak, maka durasi petir bisa mencapai satu detik penuh atau bahkan beberapa detik. Petir tidak “secepat” yang dibayangkan sebelumnya!

Kami hanya melihat satu jenis petir, yang merupakan yang paling umum. Petir ini disebut petir linier karena jika dilihat dengan mata telanjang ia tampak sebagai garis – garis sempit terang berwarna putih, biru muda, atau merah muda cerah. Petir linier memiliki panjang ratusan meter hingga beberapa kilometer. Jalur petir biasanya zigzag. Petir seringkali memiliki banyak cabang. Seperti telah disebutkan, pelepasan petir linier dapat terjadi tidak hanya antara awan dan tanah, tetapi juga antar awan.

Pada Gambar. 12 menunjukkan petir linier.

Beras. 12. Petir linier.

4. Apa penyebab terjadinya guntur?

Petir linier biasanya disertai dengan suara dentuman kuat yang disebut guntur. Guntur terjadi karena alasan berikut. Kita telah melihat bahwa arus dalam saluran petir dihasilkan dalam waktu yang sangat singkat. Pada saat yang sama, udara di saluran memanas dengan sangat cepat dan kuat, dan ketika dipanaskan, ia memuai. Pemuaian terjadi begitu cepat hingga menyerupai ledakan. Ledakan ini menghasilkan guncangan udara yang disertai dengan suara yang kuat. Setelah arus listrik berhenti secara tiba-tiba, suhu di saluran petir turun dengan cepat karena panas keluar ke atmosfer. Saluran tersebut mendingin dengan cepat, sehingga udara di dalamnya terkompresi secara tajam. Hal ini juga menyebabkan udara bergetar, yang kembali menghasilkan suara. Jelas bahwa sambaran petir yang berulang-ulang dapat menyebabkan gemuruh dan kebisingan yang berkepanjangan. Pada gilirannya, suara dipantulkan dari awan, tanah, rumah, dan objek lainnya dan, menciptakan banyak gema, memperpanjang guntur. Itu sebabnya terjadi petir.

Seperti suara lainnya, guntur merambat di udara dengan kecepatan yang relatif rendah - sekitar 330 meter per detik. Kecepatan ini hanya satu setengah kali kecepatan pesawat modern. Jika seorang pengamat pertama kali melihat petir dan baru setelah beberapa waktu mendengar guntur, maka ia dapat menentukan jarak yang memisahkannya dari petir tersebut. Misalnya, ada waktu 5 detik antara kilat dan guntur. Karena dalam setiap detik bunyi merambat sejauh 330 meter, maka dalam lima detik guntur menempuh jarak lima kali lipat, yaitu 1.650 meter. Artinya, petir menyambar kurang dari dua kilometer dari pengamat.

Dalam cuaca tenang, guntur terdengar setelah 70–90 detik, menempuh jarak 25–30 kilometer. Badai petir yang terjadi dari pengamat pada jarak kurang dari tiga kilometer dianggap dekat, dan badai petir yang terjadi pada jarak yang lebih jauh dianggap jauh.

5. Bola petir

Selain petir linier, meskipun lebih jarang, ada jenis petir lainnya. Dari jumlah tersebut, kami akan mempertimbangkan salah satu yang paling menarik - bola petir.

Kadang-kadang diamati pelepasan petir, yaitu bola api. Bagaimana bola petir terbentuk belum dipelajari, namun pengamatan yang ada terhadap jenis pelepasan petir yang menarik ini memungkinkan kita untuk menarik beberapa kesimpulan. Di sini kami menyajikan salah satu yang paling banyak deskripsi yang menarik bola petir.

Inilah yang dilaporkan oleh ilmuwan terkenal Perancis Flammarion:

“Pada tanggal 7 Juni 1886, pukul setengah tujuh malam, saat terjadi badai petir di kota Gray di Prancis, langit tiba-tiba bersinar dengan kilat merah lebar, dan dengan retakan yang mengerikan, bola api jatuh dari langit, rupanya diameternya 30–40 sentimeter. Menyebarkan percikan api, menghantam ujung bubungan atap, merobohkan sepotong yang panjangnya lebih dari setengah meter dari balok utamanya, membelahnya menjadi potongan-potongan kecil, memenuhi loteng dengan puing-puing dan merobohkan plester dari langit-langit lantai atas. . Kemudian bola ini melompat ke atap pintu masuk, melubanginya, jatuh ke jalan dan, setelah menggelinding agak jauh, perlahan menghilang. Balon tersebut tidak menimbulkan kebakaran dan tidak membahayakan siapa pun, meskipun ada banyak orang di jalan.”

Pada Gambar. 13 menunjukkan bola petir yang ditangkap oleh kamera fotografi, dan Gambar. Gambar 14 memperlihatkan gambar seorang seniman yang melukis bola petir yang jatuh ke halaman.

Beras. 13. Bola petir.

Beras. 14. Bola petir. (Dari lukisan karya seniman.)

Paling sering, bola petir berbentuk semangka atau pir. Itu berlangsung dalam waktu yang relatif lama - dari sepersekian detik hingga beberapa menit. Durasi bola petir yang paling umum adalah 3 hingga 5 detik. Bola petir paling sering muncul di akhir badai petir berupa bola bercahaya merah dengan diameter 10 hingga 20 sentimeter. Dalam kasus yang lebih jarang, ukurannya juga lebih besar. Misalnya, sambaran petir dengan diameter sekitar 10 meter difoto.

Bola terkadang berwarna putih menyilaukan dan memiliki garis luar yang sangat tajam. Biasanya, bola petir mengeluarkan suara siulan, mendengung, atau mendesis.

Bola petir mungkin menghilang secara perlahan, namun bisa juga menghasilkan suara berderak samar atau bahkan ledakan yang memekakkan telinga. Jika menghilang, seringkali meninggalkan kabut berbau menyengat. Di dekat tanah atau di ruang tertutup, bola petir bergerak dengan kecepatan orang yang berlari - sekitar dua meter per detik. Ia dapat tetap diam selama beberapa waktu, dan bola yang “diam” tersebut mendesis dan mengeluarkan percikan api hingga menghilang. Terkadang bola petir seolah-olah digerakkan oleh angin, namun biasanya pergerakannya tidak bergantung pada angin.

Bola petir tertarik ke ruang tertutup, lalu masuk melalui jendela atau pintu yang terbuka, dan terkadang bahkan melalui celah kecil. Pipa-pipa itu melambangkan mereka Cara yang baik; Oleh karena itu, bola petir sering muncul dari oven di dapur. Setelah berputar-putar di sekitar ruangan, bola petir meninggalkan ruangan, sering kali meninggalkan jalur yang dilaluinya.

Terkadang petir naik dan turun dua atau tiga kali dalam jarak beberapa sentimeter hingga beberapa meter. Bersamaan dengan naik turunnya bola api tersebut, kadang-kadang bola api bergerak ke arah horizontal, dan kemudian bola petir tersebut seolah-olah sedang melakukan lompatan.

Seringkali bola petir “menetap” pada konduktor, lebih memilih yang paling banyak poin tinggi, atau menggelindingkan konduktor, misalnya, sepanjang pipa pembuangan. Bergerak di atas tubuh orang, terkadang di bawah pakaian, bola petir menyebabkan luka bakar parah dan bahkan kematian. Ada banyak gambaran kasus kerusakan fatal pada manusia dan hewan akibat bola petir. Petir bola dapat menyebabkan kerusakan yang sangat parah pada bangunan.

Belum ada penjelasan ilmiah lengkap mengenai petir bola. Para ilmuwan terus-menerus mempelajari bola petir, tetapi sejauh ini semua manifestasinya belum dapat dijelaskan. Masih banyak yang harus dilakukan di bidang ini. karya ilmiah. Tentu saja, tidak ada yang misterius atau “supernatural” tentang bola petir. Ini adalah pelepasan listrik, yang asal usulnya sama dengan petir linier. Tidak diragukan lagi, dalam waktu dekat, para ilmuwan akan mampu menjelaskan semua detail petir bola serta mampu menjelaskan semua detail petir linier.

Proses terbentuknya petir sendiri dapat dibedakan menjadi sambaran primer dan lainnya. Hal ini dibenarkan oleh fakta bahwa sambaran petir utama, tidak seperti sambaran petir lainnya, menciptakan jalur (saluran) untuk pelepasan listrik. Hal ini terjadi sebagai berikut. Muatan negatif yang kuat terakumulasi di dasar awan. Permukaan bumi mempunyai muatan positif. Jadi, elektron-elektron yang terletak di dasar awan bergegas turun karena pengaruh beda potensial.

Proses ini belum menghasilkan kilatan cahaya apa pun. Pada titik tertentu, mereka berhenti selama beberapa mikrodetik, dan kemudian terus bergerak ke arah lain, menuju ke sana. Setiap langkah dengan penghentian membentuk struktur langkah. Ketika elektron mencapai permukaan bumi, saluran yang bebas untuk lewatnya muatan listrik terbentuk, di mana elektron yang tersisa mengalir turun dalam aliran yang sangat besar.

Elektron yang terletak di dekat permukaan bumi adalah yang pertama meninggalkan saluran, membentuk area bermuatan positif di belakangnya. Elektron di dekatnya bergegas menuju tempat ini. Dengan demikian, semua muatan listrik negatif meninggalkan awan, membentuk aliran listrik terarah yang kuat. Pada saat inilah Anda dapat melihat kilatan cahaya, dan setelah itu Anda dapat mendengar guntur.

Sambaran petir berulang kali

Setelah tumbukan awal menciptakan saluran untuk lewatnya elektron, tumbukan kedua mengikuti jalur yang sama. Hal ini disebabkan oleh fakta bahwa elektron pada tumbukan primer mengionisasi udara di sekitarnya, sehingga saluran penghantar sudah disediakan untuk elektron sekunder. Dengan demikian, sambaran petir sekunder dan berikutnya terjadi tanpa jeda dan penghentian yang merupakan ciri khas sambaran primer. Seringkali terjadi satu atau dua pukulan, namun tidak jarang terlihat pukulan lima atau enam kali di tempat yang sama.

Kebetulan cabang utama petir mulai bercabang. Hal ini dimungkinkan jika elektron saluran primer mengambil jalur yang berbeda. Dalam hal ini, jika salah satu cabang mencapai tanah lebih awal dari yang lain, maka cabang pertama akan naik dan mencapai awal cabang kedua. Pada saat ini, cabang utama mengosongkan cabang non-utama, dan pengamat mendapat kesan bahwa cabang kedualah yang menyentuh tanah, dan bukan cabang pertama.

Biasanya, di suatu tempat sekitar seratus meter dari tanah, proses penetrasi elektron menjadi lebih rumit. Misalnya, jika ada benda yang tinggi atau runcing di titik tumbukan, maka terjadilah pembentukan yang kuat Medan listrik debit mulai naik dari benda itu sendiri, tanpa menunggu elektron menyerang. Dengan demikian, elektron tidak mencapai permukaan bumi, melainkan counterdischarge.

Kita sering berpikir bahwa listrik adalah sesuatu yang hanya dihasilkan oleh pembangkit listrik, dan tentu saja tidak dalam kumpulan awan air yang berserat, yang sangat tipis sehingga Anda dapat dengan mudah memasukkan tangan Anda ke dalamnya. Namun, listrik ada di awan, sama seperti listrik di tubuh manusia.

Sifat listrik

Semua benda terbuat dari atom - mulai dari awan dan pepohonan hingga tubuh manusia. Setiap atom mempunyai inti yang mengandung proton bermuatan positif dan neutron netral. Pengecualian adalah atom hidrogen paling sederhana, yang intinya tidak memiliki neutron, tetapi hanya satu proton.

Elektron bermuatan negatif beredar di sekitar inti. Muatan positif dan negatif saling tarik menarik, sehingga elektron berputar mengelilingi inti atom, seperti lebah mengelilingi kue manis. Gaya tarik menarik antara proton dan elektron disebabkan oleh gaya elektromagnetik. Oleh karena itu, listrik hadir di mana pun kita memandang. Seperti yang bisa kita lihat, itu juga terkandung dalam atom.

Fakta yang menarik: Sifat petir terletak pada listrik yang terkandung di dalam awan.

Dalam kondisi normal, muatan positif dan negatif masing-masing atom seimbang satu sama lain, sehingga benda yang terdiri dari atom biasanya tidak membawa muatan bersih apa pun – baik positif maupun negatif. Alhasil, kontak dengan benda lain tidak menimbulkan aliran listrik. Namun terkadang keseimbangan muatan listrik dalam tubuh bisa terganggu. Anda mungkin mengalaminya sendiri saat berada di rumah pada hari musim dingin. Rumah itu sangat kering dan panas. Anda, berjalan terseok-seok dengan kaki telanjang, berjalan mengelilingi istana. Tanpa Anda sadari, sebagian elektron dari telapak kaki Anda berpindah ke atom karpet.

Materi terkait:

Mengapa angin mereda di malam hari?

Sekarang Anda membawa muatan listrik karena jumlah proton dan elektron dalam atom Anda tidak lagi seimbang. Sekarang coba ambil pegangan pintu besi. Percikan api akan muncul antara Anda dan dia dan Anda akan merasakan sengatan listrik. Apa yang terjadi adalah tubuh Anda, yang tidak memiliki cukup elektron untuk mencapai keseimbangan listrik, berusaha memulihkan keseimbangan melalui gaya tarik-menarik elektromagnetik. Dan itu dipulihkan. Di antara tangan dan gagang pintu terdapat aliran elektron yang diarahkan ke tangan. Jika ruangan gelap, Anda akan melihat percikan api. Cahaya terlihat karena elektron, ketika melompat, memancarkan kuanta cahaya. Jika ruangan sepi, Anda akan mendengar sedikit suara berderak.

Listrik mengelilingi kita di mana-mana dan terkandung di seluruh tubuh. Awan dalam pengertian ini tidak terkecuali. Dengan latar belakang langit biru, mereka terlihat sangat tidak berbahaya. Tapi sama seperti Anda di dalam ruangan, mereka bisa membawa muatan listrik. Jika ya, berhati-hatilah! Ketika awan memulihkan keseimbangan listrik di dalamnya, pertunjukan kembang api secara keseluruhan akan terjadi.

Materi terkait:

Mengapa ada 110 volt di AS?

Bagaimana petir muncul?

Inilah yang terjadi: arus udara yang kuat terus-menerus bersirkulasi dalam awan petir yang gelap dan besar, mendorong berbagai partikel bersama-sama - butiran garam laut, debu, dan sebagainya. Sama seperti telapak kaki Anda, ketika digosokkan ke karpet, terbebas dari elektron, partikel-partikel di awan, ketika bertabrakan, terbebas dari elektron, yang melompat ke partikel lain. Ini adalah bagaimana redistribusi biaya terjadi. Beberapa partikel yang kehilangan elektronnya mempunyai muatan positif, sementara partikel lain yang menerima elektron tambahan kini mempunyai muatan negatif.

Untuk alasan yang tidak sepenuhnya jelas, partikel yang lebih berat menjadi bermuatan negatif, sedangkan partikel yang lebih ringan menjadi bermuatan positif. Dengan demikian, bagian bawah awan yang lebih berat menjadi bermuatan negatif. Bagian bawah awan yang bermuatan negatif mendorong elektron ke arah bumi, sehingga muatan sejenis akan saling tolak menolak. Dengan demikian, bagian permukaan bumi yang bermuatan positif terbentuk di bawah awan. Kemudian, menurut prinsip yang persis sama dengan percikan api yang melompat antara Anda dan kenop pintu, percikan yang sama akan melompat antara awan dan tanah, hanya saja sangat besar dan kuat - ini adalah kilat. Elektron terbang secara zigzag raksasa menuju tanah, menemukan protonnya di sana. Alih-alih suara berderak yang nyaris tak terdengar, yang terdengar justru suara guntur yang kuat.

Sifat kelistrikan petir terungkap dalam penelitian fisikawan Amerika B. Franklin, yang atas inisiatifnya 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 di mana ia menggambarkan percobaan menggunakan sebuah layang-layang diluncurkan menuju badai petir. Pengalaman Franklin dijelaskan dalam karya Joseph Priestley.

Panjang rata-rata petir adalah 2,5 km, beberapa pelepasannya mencapai 20 km di atmosfer.

Bagaimana petir terbentuk? Petir paling sering terjadi di awan cumulonimbus, kemudian disebut badai petir. Petir terkadang terbentuk di awan nimbostratus, serta selama letusan gunung berapi, tornado, dan badai debu.

Skema terjadinya petir: a - formasi; b - kategori.

Agar petir dapat terjadi, dalam volume awan yang relatif kecil (tetapi tidak kurang dari volume kritis tertentu), medan listrik dengan kekuatan yang cukup untuk memulai pelepasan listrik (~ 1 MV/m) harus terbentuk, dan di sebagian besar awan 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 linier biasanya diamati, yang termasuk dalam pelepasan tanpa elektroda, karena dimulai (dan berakhir) dalam akumulasi partikel bermuatan. Hal ini menentukan beberapa sifat 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 kilometer persegi.

Proses perkembangan petir yang paling banyak dipelajari adalah di awan petir, sedangkan petir dapat melintas di awan itu sendiri (petir intracloud), atau dapat menyambar tanah (petir tanah).

Petir tanah

Diagram pengembangan petir tanah: a, b - dua tahap pemimpin; 1 - awan; 2 - pita; 3 - saluran pemimpin langkah; 4 - mahkota saluran; 5 - pulsa corona di kepala saluran; c - pembentukan saluran petir utama (K).

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 elektron bebas, yang 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 demikian, 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 seluruh langkah yang dilalui, diikuti dengan berhenti dan melemahnya kembali cahaya tersebut. Proses ini berulang saat pemimpin bergerak ke permukaan bumi dengan 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 menyebabkan kebakaran.

Debit utama seringkali hanya mengeluarkan sebagian dari awan. Muatan yang terletak di ketinggian dapat memunculkan pemimpin baru (tersapu) yang bergerak terus menerus dengan kecepatan ribuan kilometer per detik. Kecerahan pancarannya mendekati kecerahan pemimpin yang melangkah. Ketika pemimpin yang tersapu mencapai permukaan bumi, pukulan utama kedua terjadi, 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. Proporsi petir intracloud meningkat ketika bergerak menuju ekuator, berubah dari 0,5 di garis lintang sedang menjadi 0,9 di zona ekuator. 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.

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

Manusia dan kilat

Petir merupakan ancaman serius bagi kehidupan manusia. Seseorang atau hewan yang tersambar petir sering kali terjadi di ruang terbuka, karena... Arus listrik mengikuti jalur terpendek “awan petir-tanah”. 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 jendela yang terbuka. Petir biasa berbahaya bagi antena televisi dan radio yang terletak di atap gedung bertingkat, serta peralatan jaringan.

Pada tubuh korban sambaran petir, perubahan patologis yang sama diamati seperti pada kasus sengatan listrik. Korban kehilangan kesadaran, terjatuh, mengalami kejang-kejang, dan sering berhenti bernapas dan detak jantungnya. Anda biasanya dapat menemukan “tanda arus” di tubuh Anda—tempat masuk dan keluarnya listrik.

Ini adalah garis-garis merah muda atau merah muda seperti pohon yang menghilang ketika ditekan dengan jari (bertahan selama 1-2 hari setelah kematian). Itu adalah hasil perluasan kapiler di area kontak petir dengan tubuh. 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.

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

Korban petir

Dalam mitologi dan sastra:

• Asclepius (Aesculapius), putra Apollo, dewa dokter dan seni kedokteran, tidak hanya menyembuhkan, tetapi juga menghidupkan kembali orang mati. Untuk memulihkan tatanan dunia yang rusak, Zeus menyerangnya dengan petirnya;
• Phaeton, putra dewa matahari Helios, pernah mencoba mengemudikan kereta surya ayahnya, tetapi tidak dapat menahan kuda yang bernapas api dan hampir menghancurkan Bumi dalam kobaran api yang mengerikan. Zeus yang marah menusuk Phaeton dengan kilat.

Tokoh sejarah:

• Akademisi Rusia G.V. Richman - meninggal karena sambaran petir pada tahun 1753;
• Wakil Rakyat Ukraina, mantan gubernur wilayah Rivne V. Chervoniy meninggal karena sambaran petir pada 4 Juli 2009.

• Roy Sally Wang selamat setelah disambar petir sebanyak tujuh kali;
• Mayor Amerika Summerford meninggal setelah lama sakit (akibat tersambar petir ketiga). Petir keempat menghancurkan monumennya di kuburan;
• Di kalangan suku Indian Andean, sambaran petir dianggap perlu untuk dicapai tingkat yang lebih tinggi inisiasi perdukunan.

Pohon dan kilat

Pohon-pohon tinggi sering menjadi sasaran petir. Anda dapat dengan mudah menemukan banyak bekas sambaran petir di pohon peninggalan yang berumur panjang. Satu pohon yang berdiri diperkirakan lebih mungkin tersambar petir, meskipun di beberapa kawasan hutan, bekas petir dapat terlihat di hampir setiap pohon. Pohon-pohon kering terbakar jika disambar petir. Paling sering, sambaran petir ditujukan pada pohon ek, paling tidak pada pohon beech, yang tampaknya bergantung pada perbedaan jumlah minyak lemak di dalamnya, yang menunjukkan ketahanan yang besar terhadap listrik.

Petir merambat melalui batang pohon di sepanjang jalur yang hambatan listriknya paling kecil, melepaskan sejumlah besar panas, mengubah air menjadi uap, yang membelah batang pohon atau, lebih sering, merobek bagian kulitnya, menunjukkan jalur petir.

Pada musim-musim berikutnya, pepohonan biasanya memperbaiki jaringan yang rusak dan menutup seluruh luka, hanya menyisakan bekas luka vertikal. Jika kerusakannya terlalu parah, angin dan hama pada akhirnya akan mematikan pohon tersebut. Pohon adalah konduktor petir alami dan diketahui memberikan perlindungan dari sambaran petir ke bangunan di sekitarnya. Pohon-pohon tinggi yang ditanam di dekat gedung dapat menangkap petir, dan biomassa sistem akar yang tinggi membantu meredam sambaran petir.

Pohon yang tersambar petir digunakan untuk membuat alat-alat musik, menghubungkannya dengan properti unik.