Pioruny Pioruny to zjawiska występujące w czasie burzy. Burze powstają w sytuacji, gdy w ciągu niespełna godziny wstępujący prąd ciepłego, wilgotnego powietrza zmienia niewielkie chmury kłębiaste w ciężkie, gęste chmury burzowe wysokości kilometrów i szerokości około 8 kilometrów. Z potężnymi prądami wstępującymi sąsiadują zstępujące prądy chłodniejszego powietrza, które razem tworzą w chmurze wyjątkowo silne zawirowania. Szybko wznoszące się powietrze porywa w górę duże krople wody, kryształki lodu i grad. Ich zderzenia wytwarzają potężne ładunki elektryczne. Gdy zgromadzi się ich odpowiednia ilość, następuje wyładowanie elektryczne.

-wyładowania liniowe (najczęściej spotykane),są to rozgałęzione iskry o długości od kilku do kilkudziesięciu km. Wyładowanie jest widoczne w postaci błyskawicy spowodowanej wypromieniowaniem energii przez wzbudzone podczas wyładowania atomy, której towarzyszy przedłużony huk-grzmot, powstający przy rozprężaniu nagrzanych mas powietrza w otoczeniu kanału wyładowania.

Wyładowanie liniowe

- piorun kulisty- jaskrawo świecąca różnokolorowa kula zjonizowanego gazu o średnicy kilkudziesięciu cm. Najczęściej występuje w kolorze białym, żółtym i bladoniebieskim.

Od ćwierć wieku fizycy w wielu krajach badają to rzadkie zjawisko przyrodnicze. Od wielu lat zbierają opisy świadków, którzy na własne oczy widzieli pojawienia się kuli ognistej. Naukowcy budują modele matematyczne każdego opisu pioruna kulistego i za pomocą metod komputerowych odtwarzają jego wygląd. Wykorzystywane są koncepcje fraktalnych pól elektromagnetycznych wywołujących stabilne ukierunkowane reakcje elektrochemiczne. Po prawej symulacja komputerowa eksplozji kuli plazmy. Nie wiadomo, jak otrzymać stabilną kulę i jak na razie wszystkie komputerowe modele "wybuchają".

Dziś wydaje się jedna słuszna hipoteza odnośnie budowy pioruna kulistego - jest to dość trwała plazma, która powstaje z powodów, których jeszcze, niestety, naukowcy nie znają. Skoro jest to plazma, a czas jej życia sięga kilku minut, to czyż nie jest to droga do najtańszego powszechnego źródła energii - zwrócili na ten fakt uwagę fizycy zajmujący się wyładowaniami gazowymi z Akademii Nauk w Moskwie.

-piorun paciorkowaty, zwany też łańcuchowym lub perełkowym (łańcuszek złożony z oddzielnych punktów świetlnych). Niestety do dnia dzisiejszego nikomu nie udało się wyjaśnić do końca mechanizmu powstawania piorunów.

W czasie dnia są niewidoczne, ale w nocy widać je w postaci świetlnych miotełek wytryskujących z wszystkich wystających z ziemi przedmiotów. Podczas tych słabych wyładowań można usłyszeć jakby syczenie. Ten dźwięk jest bardzo słaby, ledwo słyszalny. Czasem jednak duża intensywność wyładowań snopiących może brzmieć jak głośny gwizd. Taki rodzaj wyładowania często obserwowany jest na masztach statków ponieważ statek jest wydatnie wystającym elementem na morzu, a szczególnie maszty statków. Same ognie św. Elma nie są groźne, ale duża intensywność wyładowań świadczy o wysokim potencjale względem ziemi wywołującej je chmury. Jest to sygnał dla obserwatora, że trzeba się stąd zmywać bo w każdej chwili może w okolicy uderzyć piorun, który wyrówna potencjały ziemi i chmury wywołujące snopiące miotełki. Nie ma oczywiście pewności, że nastąpi wyładowanie liniowe (różnica potencjałów może być zbyt mała), ale należy zachować ostrożność i spokojnie opuścić zagrożony teren. Pioruny miotełkowe (ognie św. Elma)

Rozkład ładunków elektrycznych w dojrzałej chmurze burzowej Na dnie chmury zgromadzony jest tak duży ładunek ujemny, że między nią a ziemią powstaje ogromna różnica potencjałów rzędu 20, 30 milionów Voltów (a nawet 100 milionów Voltów!). Dla porównania przy pięknej bez chmurnej pogodzie różnica potencjałów między ziemią, a górnymi warstwami atmosfery (jonosferą) wynosi około 400 tysięcy Voltów. Na każdy metr wysokości przypada różnica aż około 100V.

Nie kończy się na jednej błyskawicy, lecz ma ich całe mnóstwo. Mierząc pole elektryczne wytwarzane przez chmurę dowiadujemy się, że wykazuje ono gwałtowny skok w momencie wyładowania i łagodny powrót do poprzedniej wartości w czasie około pięciu sekund. Czyli po 5 sekundach może już uderzyć kolejny piorun. Ale nie musi, ponieważ się różne inne towarzyszące temu warunki. Wynika z tego, że chmura musi być bardzo sprawną maszyną elektryczną. Burza

W każdym momencie nad światem szaleje 1800 burz, między którymi istnieją związki powodujące że jeśli jedna burza cichnie to druga rodzi się w odległości 1500 km. Co minutę razi Ziemię 6000 gromów, a każdego dnia co sekundę uderza w Ziemię do stu piorunów. Każdy z nich może być wywołany różnicą potencjałów równą 100 mln. V. Średnia długość trwania burzy w Polsce to 2,5 godziny. W kilometr kwadratowy gruntu rocznie trafiają średnio 2 pioruny na rok. Wyładowanie podczas burzy wyzwala moc zbliżoną do mocy bomby atomowej. Jego niszczycielska siła, podobnie jak bomby, tkwi w ogromnej ilości energii wyzwolonej w bardzo krótkim czasie (tysięczne sekundy). Duża błyskawica wytwarza w tym czasie energię od 1000 do 2000 kWh. Gwałtownie rozprężające się powietrze w tym kanale wytwarza falę uderzeniową i potężny odgłos grzmotu który rozchodzi się oczywiście z prędkością dźwięku. Rocznie w powierzchnię ziemi trafia miliard piorunów. Codziennie na świecie zostaje przez nie zabitych około 20 osób, a 80 porażonych. W naszym klimacie jest przeważnie 14 do 36 dni burzowych w roku zależnie od regionu. Kondensator – nasza Ziemia

Rozkład ładunku w spadającej kropli, która na swej drodze spotyka duże jony. Teoria C.T.R. Wilsona. Wraz ze wzrostem wysokości nad ziemią różnica potencjałów wzrasta o 100 V co 1 m, spadająca kropla wody ma rozdzielony ładunek elektryczny Mówiąc naukowo, kropla ma indukowany moment dipolowy.

Wyładowanie powrotne rozpoczyna się z Ziemii w kierunku prekursora. Gdy oba "pioruniki" się połączą, powstaje pomost przewodzący prąd (kanał wyładowania) i powietrze rozdziera błysk pioruna przelatującego z prędkością km/h. Średnica kanału wyładowania rzadko przekracza 1 cm. Błyskawica może także przebiec wewnątrz chmury, a nawet pomiędzy różnymi chmurami. Wyładowanie nie dociera wtedy do ziemi i jest mianem błyskawicy płaskiej. Powstawanie błyskawicy. Z lewej - tworzenie się prekursora, z prawej - rozpoczynające się uderzenie powrotne

Piorun liniowy sięgający ziemi stanowi zagrożenie dla ludzi i budynków oraz dla urządzeń naziemnych. Jako ochronę uderzeniem pioruna stosuje się tzw. piorunochrony lub odgromniki. Błyskawice trafiają w miejsca o najmniejszym oporze elektrycznym, najczęściej w drzewa, wzgórza i wysokie budynki. Dlatego najgorszym miejscem do schronienia się przed burzą jest wysokie, odosobnione drzewo! Nie jest ono tak dobrym przewodnikiem elektryczności, jak ludzkie ciało, więc gdy błyskawica uderza w nie, może porazić chroniącą się pod nim osobę. Jeżeli błyskawica uderza w wilgotny przedmiot - na przykład drzewo czy ścianę - wówczas natychmiastowe wrzenie wilgoci powoduje tak gwałtowne rozszerzanie się pary, że wydaje się, iż przedmioty te eksplodują, jak gdyby uderzył w nie masywny pocisk. Na poważne niebezpieczeństwo narażeni są ludzie pracujący lub uprawiający sporty pod gołym niebem. Trzymając w rękach metalowy przedmiot - kij golfowy, parasol, strzelbę, grabie czy widły - zwiększają prawdopodobieństwo trafienia przez błyskawicę. Może ona spowodować straszliwe oparzenia, poważnie uszkodzić ważne organy, a nawet zatrzymać serce. Na szczęście ginie tylko co czwarty człowiek porażony gromem. Piorun-jako zagrożenie!

Opracowały: Maria Bachula i Sylwia Bal Klasa III c