מהו ברק וכיצד הוא מתרחש?
מקורם של ענני הרעם
ערפל העולה גבוה מעל הקרקע מורכב מחלקיקי מים ויוצר עננים. עננים גדולים וכבדים יותר נקראים ענני קומולוס. חלק מהעננים הם פשוטים - הם אינם גורמים לברקים או רעמים. אחרות נקראות סופות רעמים מכיוון שהן יוצרות סופת רעמים, יוצרות ברקים ורעמים. ענני רעמים שונים מענני גשם רגילים בכך שהם טעונים בחשמל: חלקם חיוביים, חלקם שליליים.
איך נוצרים ענני רעמים? כולם יודעים כמה חזקה הרוח בזמן סופת רעמים. אבל אפילו מערבולות אוויר חזקות יותר נוצרות גבוה יותר מעל פני הקרקע, שם יערות והרים אינם מונעים את תנועת האוויר. רוח זו מייצרת בעיקר חשמל חיובי ושלילי בעננים.
יש חשמל חיובי במרכז כל טיפה, וכמות שווה של חשמל שלילי נמצאת לאורך פני הטיפה. טיפות גשם נופלות נתפסות ברוח ונופלות לזרמי אוויר. הרוח, פוגעת בטיפה בכוח, שוברת אותה לחתיכות.במקרה זה, החלקיקים החיצוניים המנותקים של הטיפה נעשים טעונים בחשמל שלילי.
החלק הנותר הגדול והכבד יותר של הטיפה נטען בחשמל חיובי. החלק בענן שבו מצטברות טיפות כבדות נטען בחשמל חיובי. הגשם שיורד מהענן מעביר חלק מהחשמל של הענן לקרקע וכך נוצרת משיכה חשמלית בין הענן לקרקע.
באיור. 1 מציג את התפלגות החשמל בענן ועל פני כדור הארץ. אם ענן נטען בחשמל שלילי, אזי, בשאיפה להימשך אליו, החשמל החיובי של כדור הארץ יתחלק על פני כל העצמים המוגבהים המוליכים זרם חשמלי. ככל שהחפץ העומד על הקרקע גבוה יותר, כך המרחק בין העליון לתחתית הענן קטן יותר ושכבת האוויר שנשארת כאן קטנה יותר ומפיצה את החשמל ההפוך. ברור שברק חודר לקרקע ביתר קלות במקומות כאלה. נספר לכם יותר על כך בהמשך.
אורז. 1. חלוקת חשמל בענן רעמים וחפצים קרקעיים
מה גורם לברקים?
כאשר מתקרבים לעץ גבוה או לבית, פועל עליו ענן רעמים טעון בחשמל. באיור. ענן 1 טעון בחשמל שלילי מושך חשמל חיובי לגג, והחשמל השלילי של הבית ייכנס לאדמה.
גם חשמל - בענן וגם על גג הבית - נוטים למשוך זה את זה. אם יש הרבה חשמל בענן, אז נוצר הרבה חשמל על הבית דרך ההשפעה.
כשם שהמים הנכנסים יכולים לשחוק סכר ולמהר לתוך נחל, להציף עמק בתנועתו הבלתי מוגבלת, כך חשמל, המצטבר יותר ויותר בענן, יכול בסופו של דבר לפרוץ את שכבת האוויר המפרידה בינו לבין פני האדמה ולמהר. עד האדמה, לחשמל ההפוך. תתרחש פריקה חזקה - ניצוץ חשמלי יחליק בין הענן לבית.
זה הברק שמכה בבית. פריקות ברק יכולות להתרחש לא רק בין ענן לאדמה, אלא גם בין שני עננים טעונים בסוגי חשמל שונים.
ככל שהרוח חזקה יותר, כך הענן נטען בחשמל מהר יותר. הרוח משקיעה כמות מסוימת של עבודה, אשר נכנסת להפרדת החשמל החיובי והשלילי.
איך מתפתח ברק?
לרוב, ברק הפוגע באדמה מגיע מעננים טעונים בחשמל שלילי. ברק הפוגע מענן כזה מתפתח בדרך זו.
ראשית, כמויות קטנות של אלקטרונים מתחילות לזרום מהענן אל הקרקע, בתעלה צרה, ויוצרות מעין זרם באוויר.
באיור. 2 מציג את ההתחלה הזו של היווצרות ברק. בחלק של הענן שבו מתחילה להיווצר התעלה, הצטברו אלקטרונים בעלי מהירות תנועה גבוהה, שבגללה הם, מתנגשים באטומי אוויר, מפרקים אותם לגרעינים ולאלקטרונים.
אורז. 2. ברק מתחיל להיווצר בענן
האלקטרונים המשתחררים במקרה זה גם ממהרים לקרקע, ושוב מתנגשים באטומי האוויר, מפרידים ביניהם.זה כמו נפילת שלג בהרים, כאשר בתחילה גוש קטן, המתגלגל מטה, גדל מכוסה פתיתי שלג הדבוקים בו, ובזירוז מעופו, הופך למפולת שלגים גדולה.
וכאן מפולת האלקטרונים לוכדת נפחים חדשים של אוויר, מפצלת את האטומים שלה לחתיכות. במקרה זה, האוויר מחומם, וככל שהטמפרטורה עולה, מוליכותו עולה. זה הופך ממבודד למנצח. דרך ערוץ האוויר המוליך שנוצר מהענן, החשמל מתחיל להתנקז יותר ויותר. החשמל מתקרב לכדור הארץ במהירות עצומה, ומגיע ל-100 קילומטרים לשנייה.
תוך מאיות השניה מפולת האלקטרונים מגיעה לקרקע. בכך מסתיים רק החלק הראשון, כביכול, "ההכנה" של הברק: הברק עשה את דרכו אל הקרקע. החלק השני והעיקרי בפיתוח של Lightning עוד לפנינו. החלק הנחשב בתצורת הברק נקרא המוליך. מילה לועזית זו פירושה "מנהיג" ברוסית. המדריך פינה את מקומו לחלק השני, החזק יותר של הברק; חלק זה נקרא החלק העיקרי. ברגע שהתעלה מגיעה לקרקע, החשמל מתחיל לזרום בה בצורה הרבה יותר אלימה ומהירה.
כעת יש קשר בין החשמל השלילי שנצבר בערוץ לחשמל החיובי שירד לקרקע עם טיפות גשם, ובפעולה חשמלית ישנה פריקת חשמל בין הענן לאדמה. פריקה כזו היא זרם חשמלי בעל חוזק עצום - חוזק זה גדול בהרבה מעוצמת הזרם ברשת חשמלית קונבנציונלית.
הזרם הזורם בערוץ גדל מהר מאוד, ולאחר שהגיע לעוצמה המקסימלית, הוא מתחיל לרדת בהדרגה.ערוץ הברקים שדרכו זורם זרם חזק כל כך מתחמם מאוד ולכן זוהר בבהירות. אבל זמן זרימת הזרם בפריקת ברק קצר מאוד. הפריקה נמשכת שברירי שנייה קטנים מאוד ולכן האנרגיה החשמלית המופקת במהלך הפריקה קטנה יחסית.
באיור. 3 מציג את התנועה ההדרגתית של מנצח הברקים לעבר הקרקע (שלוש הדמויות הראשונות משמאל).
אורז. 3. התפתחות הדרגתית של מנצח הברקים (שלושת הדמויות הראשונות) והחלק העיקרי שלו (שלושת הדמויות האחרונות).
שלוש הדמויות האחרונות מציגות רגעים נפרדים של היווצרות החלק השני (העיקרי) של הברק. אדם המתבונן בפלאש, כמובן, לא יוכל להבחין בין המדריך שלו לבין החלק העיקרי, מכיוון שהם הולכים זה אחר זה במהירות רבה, באותו הנתיב.
לאחר חיבור שני סוגים שונים של חשמל, הזרם מופרע. בדרך כלל הברקים לא עוצרים שם. לעתים קרובות מנהיג חדש ממהר מיד לאורך השביל שנוצץ מהזריקה הראשונה, ומאחוריו, באותו שביל, שוב נמצא חלק העין של ההטלה. זה משלים את הפריקה השנייה.
יכולות להיות עד 50 קטגוריות נפרדות כאלה, שכל אחת מהן מורכבת מהמנהיג והגוף הראשי שלה. לרוב יש 2-3 מהם. הופעתן של פריקות נפרדות הופכת את הברק לסירוגין, ולעתים קרובות אדם שמסתכל על הברק רואה אותו מרצד. זה מה שגורם לפלאש להבהב.
הזמן בין היווצרות הפרשות נפרדות קצר מאוד. הוא אינו עולה על מאיות השניה.אם מספר הפריקות גדול מאוד, אזי משך הברק יכול להגיע לשניה שלמה או אפילו למספר שניות.
שקלנו רק סוג אחד של ברק, שהוא הנפוץ ביותר.ברק זה נקרא ברק ליניארי מכיוון שהוא נראה בעין בלתי מזוינת כקו - רצועה צרה ובהירה של לבן, תכלת או ורוד בהיר.
ברק קו יש אורך של מאות מטרים עד קילומטרים רבים. שביל הברק הוא בדרך כלל מזגזג. לברק יש לרוב ענפים רבים. כפי שכבר הוזכר, פריקות ברק ליניאריות יכולות להתרחש לא רק בין הענן לאדמה, אלא גם בין העננים.
ברק כדורי
בנוסף לליניארי, ישנם, עם זאת, הרבה פחות לעתים קרובות סוגים אחרים של ברק. נשקול אחד מהם, המעניין ביותר - ברק כדורי.
לפעמים יש פריקות ברק שהם כדורי אש. כיצד נוצר ברק כדורי עדיין לא נחקר, אבל התצפיות הזמינות על סוג מעניין זה של פריקת ברק מאפשרות לנו להסיק כמה מסקנות.
לרוב, ברק כדורי מעוצב כמו אבטיח או אגס. זה נמשך זמן רב יחסית - משבריר שנייה ועד מספר דקות.
משך הזמן הנפוץ ביותר של ברק כדורי הוא 3 עד 5 שניות. לרוב, ברק כדורי מופיע בסוף סופת רעמים בצורת כדורים זוהרים אדומים בקוטר של 10 עד 20 סנטימטרים. במקרים נדירים יותר, הוא גם גדול. כך למשל צולם ברק בקוטר של כ-10 מטר.
הכדור לפעמים יכול להיות לבן בצורה מסנוורת ובעל קווי מתאר חדים מאוד. ברק כדורי משמיע בדרך כלל קול שריקה, זמזום או שריקה.
ברק כדורי יכול לדעוך בשקט, אבל הוא יכול להשמיע פצפוץ קלוש או אפילו פיצוץ מחריש אוזניים. כאשר הוא נעלם, הוא משאיר לעתים קרובות ערפל בעל ריח חריף. ליד הקרקע או בתוך הבית, ברק כדורי נע במהירות של אדם רץ - כשני מטרים בשנייה.הוא יכול להישאר במנוחה לזמן מה, וכדור "מיושב" כזה סורק ומטיל ניצוצות עד שהוא נעלם. לפעמים נראה שברק כדורי מונע על ידי הרוח, אך בדרך כלל תנועתו אינה תלויה ברוח.
ברק כדורי נמשך לחללים סגורים, שם הם חודרים דרך חלונות או דלתות פתוחות, ולעיתים אפילו דרך סדקים קטנים. צינורות הם דרך טובה עבורם; זו הסיבה שכדורי אש יוצאים לעתים קרובות מתנורים במטבחים. לאחר נסיעה ברחבי החדר, כדור הברק יוצא מהחדר, ולעתים קרובות יוצא באותו שביל אליו נכנס.
לפעמים הברק עולה ויורד פעמיים או שלוש במרחקים של כמה סנטימטרים עד כמה מטרים. במקביל לעליות ומורדות אלו, כדור האש נע לפעמים בכיוון אופקי, ואז נראה שהברק הכדורי מבצע קפיצות.
לעתים קרובות, ברק כדורי "מתיישב" על חוטים, מעדיף את הנקודות הגבוהות ביותר, או מתגלגל לאורך חוטים, למשל, לאורך צינורות ניקוז. נעים לאורך גופם של אנשים, לפעמים מתחת לבגדים, כדורי אש גורמים לכוויות קשות ואף למוות. ישנם תיאורים רבים של מקרים של נזק קטלני לאנשים ובעלי חיים על ידי ברק. ברקי חום עלולים לגרום לנזק חמור מאוד למבנים.
היכן מכה ברק?
מכיוון שברק הוא פריקה חשמלית דרך עובי המבודד - אוויר, הוא מתרחש לרוב במקום בו שכבת האוויר בין הענן לכל עצם על פני כדור הארץ תהיה קטנה יותר. תצפיות ישירות מראות זאת: ברק נוטה לפגוע במגדלי פעמונים גבוהים, תרנים, עצים וחפצים גבוהים אחרים.
עם זאת, ברק ממהר לא רק לאובייקטים גבוהים.משני תרנים צמודים בגובה שווה, האחד עשוי עץ והשני ממתכת, וניצבים לא רחוק זה מזה, ימהרו ברק אל המתכת. זה יקרה משתי סיבות: ראשית, מתכת מוליכה חשמל הרבה יותר טוב מעץ, גם כשהיא רטובה. שנית, תורן המתכת מחובר היטב לקרקע וחשמל מהקרקע יכול לזרום בצורה חופשית יותר אל התורן במהלך פיתוח מוביל.
הנסיבות האחרונות נמצאות בשימוש נרחב כדי להגן על מבנים שונים מפני ברק. ככל ששטח הפנים של תורן המתכת במגע עם הקרקע גדול יותר, כך קל יותר לחשמל מהענן לעבור לאדמה.
ניתן להשוות זאת לאופן שבו זרם של נוזל נשפך דרך משפך לבקבוק. אם הפתח במשפך גדול מספיק, הסילון ייכנס ישר לתוך הבקבוק. אם הפתח במשפך קטן, אז הנוזל יתחיל לעלות על גדותיו על קצה המשפך ולהישפך על הרצפה.
ברק יכול להכות אפילו על משטח ישר של כדור הארץ, אך במקביל הוא ממהר למקום שבו המוליכות החשמלית של האדמה גדולה יותר. אז, למשל, חימר רטוב או ביצה נפגעים מברק מוקדם יותר מאשר חול יבש או אדמה יבשה אבנים. מאותה סיבה, ברק פוגע בגדות נהרות ונחלים, ומעדיף אותם על פני עצים גבוהים אך יבשים המתנשאים לידם.
מאפיין זה של ברק - למהר לגופים מקורקעים ומובילים היטב - נמצא בשימוש נרחב ליישום אמצעי הגנה שונים.