دمای رعد و برق

دمای رعد و برق

ایا تا به حال فکر کرده اید دمای رعد و برق چه قدر است و یا خیر ؟  در این مطلب می خواهیم دمای رعد و برق را برای شما توصیف کنیم و بگوییم این دما به چه پارامتر هایی بستگی دارد و چه عواملی دمای رعد برق را می سازد .

صاعقه یکی از مخرب ترین نیروها در طبیعت است. اما با وجود تمام داستانهای عامیانه و افسانه های جمع شده در تاریخ بشر بر روی رعد و برق ، ما به طرز حیرت انگیزی چیزهای کمی در مورد عملکرد داخلی این پدیده قدرتمند می دانیم ، از جمله چیزی به این سادگی که جریان برق از طریق یک فلاش القا کننده رعد و برق با دمای هوا مرتبط است .

رابرت مور ، محقق رعد و برق از دانشگاه فلوریدا در گینسویل ، گفت: “فیزیک اساسی صاعقه ، مانند شروع رعد و برق و انتشار صاعقه ، در این مرحله کاملاً درک نشده است.”

“ما اصول اولیه را می دانیم ، اما جزئیات آن را نمی دانیم. بنابراین وقتی کسی پیشرفت می کند ، این یک خبر مهم است.”

صاعقه سالانه بیش از 5 میلیارد دلار خسارت در ایالات متحده متحمل می شود و همچنین تلفات بیشتری نسبت به طوفان وارد می کند.

شیانگچائو لی ، دانشمندی از چین که متخصص تحقیقات صاعقه است ، گفت: “یک برخورد مستقیم از برخورد صاعقه می تواند کابل برق را ذوب کند یا آتش سوزی در جنگل ایجاد کند ، جایی که میزان گرمای ناشی از رعد و برق نقش اصلی را دارد.” لی و تیم او رابطه ریاضی بین شدت جریان و دمای داخل رعد و برق را کشف کردند. نتیجه آنها در مجله Scientific Reports منتشر شد.

آیا رعد و برق از خورشید گرمتر است؟

چه چیزی پنج برابر از سطح خورشید گرمتر است و قادر به بازگشت یک DeLorean به آینده است؟ بله ، پاسخ یک رعد و برق است.

بله ، پاسخ یک دمای رعد و برق است که می تواند به دمای تقریبا 30،000 کلوین (53،540 درجه فارنهایت) برسد،  و از خورشید در این حالت سبقت گرفت می شود – دمای سطح آن فقط 6000 کلوین (10340 درجه فارنهایت) است. این یکی از چیزهای ساده علمی است ، اما همه اینها دقیقاً به چه معناست؟

اول ، مهم است که درک کنیم سطح خورشید در واقع خنک ترین لایه آن است. تا هسته آن فرو رفته و با دمای پلاسما در حدود 15 میلیون کلوین (حدود 27 میلیون درجه فارنهایت) روبرو خواهید شد. همه چیز همچنین دقیقاً بالاتر از سطح خورشید گرم می شود ، زیرا جو آن بیش از دمای 500000 کلوین (حدود 900000 درجه فارنهایت) است.

رابرت اچ. هولزوورث ، استاد فیزیک دانشگاه واشنگتن توضیح می دهد: “قدرت سرعت استفاده و انتقال انرژی است.” “بنابراین انرژی ، انرژی در هر ثانیه است و انرژی در ثانیه در روشنایی می تواند بسیار زیاد باشد ، اما فقط به مدت بسیار کوتاهی مانند ده ها میکروثانیه ادامه می یابد. بنابراین انرژی کل مانند انرژی کل حاصل از انرژی خورشید نیست  ،  و  البته بدیهی است ، اما سرعت اتلاف انرژی می تواند بسیار زیاد باشد. این یکی از قدرتمندترین پدیده های طبیعی روی زمین است. “پس دمای رعد و برق را می توان به این عنوان نسبت داد .

اما فقط آن انرژی از کجا می آید؟

هولزوورث می گوید: “در نهایت این انرژی از خورشید ناشی می شود.” “خورشید سطح را گرم می کند ، که منجر به گرم شدن دیفرانسیل می شود. یک منطقه گرمتر از منطقه دیگر است و هوای گرم از آنجا که کمتر متراکم است افزایش می یابد. هنگامی که در هوا رطوبت دارید ، آن بسته هوا می تواند بسیار بالاتر از حد این اساس همرفت بسیار قوی داشته باشد . “

آیا معمای رعد و برق حل شده است؟

هولزورث توضیح داد ، در این مرحله ، یخ در بسته هوای افزایش یافته تشکیل می شود.

هولزوورث می گوید: “شما می توانید بار شارژ بسیار کارآمد دریافت کنید ، بنابراین بارهای مثبت و منفی را با یخ جدا کنید.” وی افزود: “به نظر می رسد كه هنگام برخورد با یخ ، این احتمال وجود دارد كه در یك قسمت از ابر ، یخ های كوچك تری مانند دانه های برف بار مثبت گرفته و بار منفی سنگهای تگرگ یا تگرگ نرم را پشت سر بگذارند.”

ذرات یخ سبک و با بار مثبت همچنان به سمت بالای ابرها بالا می روند. در همین حال ، ذرات یخ با بار منفی سنگین تر ، سقوط می کند ، بنابراین در فرآیندی که به عنوان جداسازی گرانش شناخته می شود ، بار را جدا می کند. و باعث تولید این دمای رعد و برق می شود .

این فرایند یک میدان الکتریکی قوی ایجاد می کند ، که به نوبه خود باعث یونیزه شدن هوای اطراف ابر می شود و مولکول های هوا را به یون های مثبت و الکترون جدا می کند. الکترونها به راحتی در هوای یونیزه حرکت می کنند. هنگامی که یک کانال هوای یونیزه از ابر به زمین (یا بین دو نقطه در ابر) ایجاد شود ، جریان دمای بالا به صورت یک ضربه صاعقه ای جریان می یابد که تفکیک بار را خنثی می کند.

ریچارد ای. اورویل ، مدیر گروه علوم جوی دانشگاه A&M تگزاس ، خرابی تجمع برق را با حادثه ای که در کلاس هشتم شاهد یک پیچ گوشتی و یک پریز برق بوده ، برابر می داند.

اورویل گفت: “یکی از همنشینان من مقابل من نشسته بود و به دلایلی او یک پیچ گوشتی در دست داشت.” “او آن را در پریز دیواری قرار داد و تخلیه بسیار بزرگی دریافت کرد. البته دلیل این امر این است که برق اضافی در یک پریز برق فقط در انتظار شنود بود که ما هر روز هنگام اتصال یک دستگاه این کار را انجام می دهیم. بنابراین در این مورد ، شما یک بار الکتریکی در پایه ابر جمع کرده اید و هنگامی که میدان الکتریکی به اندازه کافی بالا می رود ، خرابی رخ می دهد. “

بنابراین گرچه صحیح نیست که بگوییم یک دمای رعد و برق از خود خورشید گرمتر است ، اما این برق های الکتریکی به دمای بالاتر از سطح خورشید می رسند.

گرچه هر روز تقریباً 100000 برخورد صاعقه بر روی زمین رخ می دهد ، تصادفی بودن وقایع ، مطالعه آنها را به روشی م effectiveثر یا سیستماتیک برای دانشمندان دشوار می کند. بنابراین تا زمانی که ثور ، خدای نورس و همچنین سایر رویدادهای هواشناسی به تیم تحقیقاتی رعد و برق پیوست ، دانشمندان به حال خود رها می شوند.

خوشبختانه چنین دستگاهی وجود دارد. این دستگاه که به عنوان یک سیستم تولید کننده جریان ضربه شناخته می شود ، می تواند صاعقه ای مصنوعی با جریان تا ده ها هزار آمپر ایجاد کند. برای دیدگاه ، یک فیوز خانگی یا اتومبیل معمولاً زیر 100 آمپر درجه بندی می شود و جریان الکتریکی فقط چند آمپر می تواند شما را به راحتی از بین ببرد. یک دمای رعد و برق طبیعی به طور معمول حدود 20-30000 آمپر جریان را حمل می کند. مطمئناً عوامل دیگری مانند اندازه و تنظیم صاعقه طبیعی نیز وجود دارد که در آزمایشگاه قابل تکرار نیستند ، اما فقط از نظر خروجی جریان خالص ، صاعقه ای که توسط دستگاه ایجاد می شود واقعاً می تواند ثور را بدرقه کند.

لی و تیمش با استفاده از سیستم صاعقه مصنوعی خود توانستند صاعقه ها را با میل خود ، با جریان بین 5000 تا 50،000 آمپر ، بلند کنند. این منجر به برخورد صاعقه مصنوعی با دمای بالاتر از 17000 فارنهایت ، دو برابر گرمتر از سطح خورشید می شود.

این یک مشکل جدید ایجاد می کند – در چنین دمای بالا ، یک دماسنج معمولی منفجر می شود. و حتی اگر این کار را نکرد ، به اندازه کافی واکنش نشان نمی داد تا دمای صاعقه را ثبت کند. خوشبختانه “نور” در “صاعقه” وجود دارد. لی و تیم وی با اندازه گیری شدت نور در طول موج های مختلف توانستند دمای رعد و برق را در عرض یک میلی ثانیه ثبت کنند.

آنها پس از برخورد صاعقه در همان مکان بارها و بارها ، به این نتیجه رسیدند که رابطه بین جریان و دمای رعد و برق بسیار لگاریتمی است ، به این معنی که اختلاف دما بین صاعقه با 1000 و 10000 آمپر مشابه آن با 10،000 و 100000 آمپر این نتیجه شواهد محکمی برای پیش بینی های نظری قبلی فراهم می کند که فاقد پشتیبانی داده ها هستند.

مور پیشنهاد داد: “گام بعدی مقایسه ، مقایسه با اندازه گیری های صاعقه ایجاد شده توسط موشک یا صاعقه طبیعی است که می تواند در سراسر ایالات متحده یا چین انجام شود.”

درست است ، رعد و برق موشکی است. اساساً نسخه ای با شکوه از بادبادک سیمی بنیامین فرانکلین ، دانشمندان امروز راه هایی دارند که با پرتاب یک موشک زمین گیر الکتریکی ، صاعقه طبیعی را از آسمان سیفون می کنند .

نحوه تشکیل رعد و برق به زبان ساده

رعد و برق به طور ساده، پدیده‌ای است که در طبیعت رخ می‌دهد و معمولاً هنگام بارش باران، رعد و برق همراه با آن مشاهده می‌شود. فرایند تشکیل رعد و برق به چند مرحله‌ی اصلی بستگی دارد. در ادامه به طور ساده توضیح داده می‌شود:

1. تشکیل ابرها: ابرها در اتمسفر تشکیل می‌شوند و معمولاً شامل قطرات آب یا برف است. هنگامی که هوا رطوبت بالا و خنک شود، بخار آب به شکل قطرات آب یا برف تبدیل می‌شود و ابرها شکل می‌گیرند.

2. انحراف الکتریکی: درون ابرها، ذرات باردار مثبت و منفی وجود دارند. این ذرات باردار الکتریکی به دلیل اختلاف دما و حجم قطرات آب یا برف واکنش نشان می‌دهند. قطرات آب یا برف در ابرها در اثر اصطکاک با هم بارهای الکتریکی جابه‌جا می‌شوند و در نتیجه امواج الکتریکی تشکیل می‌شود.

3. تشدید بارها: در صورتی که بارهای الکتریکی در ابرها به میزان کافی تشدید شوند، یک کانال الکتریکی بین ابرها و زمین شکل می‌گیرد. این کانال الکتریکی به نام “پیش‌رانش” یا “راه‌انداز” شناخته می‌شود.

4. برق گرمایی: با ایجاد کانال الکتریکی، بارهای الکتریکی در حرکت قرار می‌گیرند و در این فرایند انرژی به شکل حرارت تولید می‌شود. این حرارت باعث افزایش دما در کانال الکتریکی می‌شود و باعث تبدیل هوا به گاز پلاسما می‌شود.

5. رعد و برق: در این مرحله، کانال الکتریکی در حالت پلاسما تشکیل می‌شود. جریان الکتریکی به صورت نوساناتی در کانال حرکت می‌کند و این نوسانات باعث ایجاد میدان الکتریکی قوی می‌شود. همچنین، جریان الکتریکی باعث حرکت ذرات هوا و تولید صدا و نور می‌شود که به عنوان رعد و برق مشاهده می‌شود.

در نتیجه، تشکیل رعد و برق به علت اختلاف بارها در ابرها، ایجاد کانال الکتریکی، تولید حرارت و تبدیل هوا به پلاسما، و نوسانات جریان الکتریکی در کانال الکتریکی رخ می‌دهد.

دستگاه‌های استفاده شده برای اندازه‌گیری دما در رعد و برق

برای اندازه‌گیری دما در رعد و برق از دستگاه‌های مختلفی استفاده می‌شود. در ادامه، به دو نوع اصلی از دستگاه‌های استفاده شده برای اندازه‌گیری دما در رعد و برق اشاره خواهم کرد:

1. ترموکوپل‌ها: ترموکوپل‌ها دستگاه‌هایی هستند که از تأثیر تغییر دما بر تولید ولتاژ الکتریکی بهره می‌برند. در رعد و برق، ترموکوپل‌ها به عنوان سنسورهای دما استفاده می‌شوند. یک ترموکوپل معمولاً از دو ماده مختلف تشکیل شده است که به نقاط متفاوتی از گرمایش واکنش نشان می‌دهند. با قرار دادن یک ترموکوپل در محیط مورد بررسی، تغییر دما باعث تولید ولتاژ الکتریکی می‌شود که به عنوان نشانگر دما مورد استفاده قرار می‌گیرد.

2. سنسورهای مقاومتی: سنسورهای مقاومتی، از تغییر مقاومت الکتریکی بر اثر تغییر دما برای اندازه‌گیری دما استفاده می‌کنند. در رعد و برق، سنسورهای مقاومتی معمولاً شامل المان‌های مقاومتی نیمه‌رسانا می‌شوند که با تغییر دما، مقاومت آنها نیز تغییر می‌کند. با اندازه‌گیری تغییر مقاومت الکتریکی سنسور، می‌توان دما را تخمین زد.

این دو دستگاه، ترموکوپل‌ها و سنسورهای مقاومتی، به طور عمده برای اندازه‌گیری دما در رعد و برق استفاده می‌شوند. هرکدام از این دستگاه‌ها مزایا و محدودیت‌های خود را دارند و بر اساس نیاز و شرایط محیطی مورد استفاده قرار می‌گیرند.