Electricitatea atmosferica - electricitatea norilor si paratrasnetul

Desi omul s-a intalnit cu electricitatea atmosferica inca din cele mai vechi timpuri, explicatia ei a intarziat mult, foarte mult in raport chiar cu fizica atomica. Intarzierea este explicata pe de o parte de inaccesibilitatea abordarii cercetariilor cu posibilitati modeste, iar pe de alta parte, de fluctuatiile extrem de variate ale fenomenelor, de la un moment la altul, de la o zona geografica la alta, fluctuatii dependente de altitudine etc. Mijloacele de investigare a electricitatii atmosferice sunt extrem de diverse si ele au evolat extrem de mult. In ordine istorica aceste mijloace pot fi clasificate astfel: observatie vizuala, sondaje prin baloane meteorologice, inregistrare fotografica folosirea rachetelor sonda, a satelitilor si, in sfarsit a rachetelor interplanetare. Se vede deci ca putine tari pot dispune astazi de conditii perfectionate de studiu a atmosferei folosind rachetele si satelitii, de aceea si electricitatea atmosferica a fost studiata in functie de mijloacele afectate.

Poate sa para ciudata includerea acestui capitol la electrostatica. Intradevar, desi avem de-a face mai degraba cu fenomene legate de miscarea sarcinilor electrice, prezentam aici electricitatea atmosferica pentru ca la scara umana, fenomenele care se deruleaza la nivelul globului sunt asemanatoare cu cele puse in evidenta in laboratorul de electrostatica: descarcarea condensatorilor, ionizarea produsa de varfuri, electrizarea prin influenta etc. In randurile care urmeaza ne vom referi pe scurt la trei aspecte: a) electricitatea norilor si unele fenomene adiacente; b) paratrasnetul.

a)ELECTRICITATEA NORILOR. Se poate afirma fara a gresi mult ca intemeietorul cercetarii sistematice a electricitatii norilor, mai bine zis a fenomenelor adiacente, a fost Franklin. El a elaborat metode speciale de studiere a descarcarilor produse in timpul furtunilor, a precautilor ce trebuie luate pentru a evita accidentele si, ceea ce este mai important, este inventatorul paratrasnetului. Electricitatea norilor a fost cunoscuta in special prin doua fenomene: fulgerul si trasnetul. Se afirma deseori ca fulgerul este o descarcare electrica intre nori incarcati cu sarcini de semn opus, afirmatie incorecta in general. De altfel, acest lucru poate fi stabilit si de dumneavoastra daca veti urmari cu atentie fulgerele in timpul furtunilor; in general ele se declanseaza pe directia verticala sau oblica si mai rar pe directie orizontala. Observatiile au aratat ca fulgerul apare ca o descarcare intre partea superioara si cea inferioara ale aceluiasi nor, sau intre doi nori diferiti situati la inaltimi diferite. Fulgeril poate sa fie si orizontal, dar numai in interiorul aceluiasi nor, intre regiuni cu densitati de sarcina diferita. Studiul distributiei sarcinilor in nori a aratat ca in general acestia sunt neutri in ansamblu, dar sunt polarizati. Exista trei tipuri de nori polarizati: nori polari-pozitivi, polari-negativi si nori tripolari. Primii sunt cei mai raspanditi, urmati de cei de-al treilea tip. Nu este inca pe deplin clar, de ce, in mod obisnuit, norul este polar-pozitv.

Cum are loc fulgerul? Se poate intui usor ca diferenta de potential favorabila unei descarcari electrice este plasata intre partea superioara si cea inferioara a norului astfel ca fulgerul nu este altceva decat o descarcare electrica intr-un nor intre cele doua extremitati incarcate diferit.

Cel de-al doilea fenomen mentionat -trasnetul- este tot o descarcare electrica ce are loc intre partea inferioara a unui nor si pamant. Dar trasnetul nu poate sa apara pentru orice fel de nori, el apare numai pentru norii cei mai apropiati de pamant, norii care produc aversele de ploaie. De ce nu pot genera trasnetul si norii mai indepartati? Exista mai multe explicatii, care cumulate furnizeaza o explicatie completa. Este vorba in primul rand de faptul ca pamantul este incarcat negativ(!) si deci nu s-ar produce o descarcare intre baza negativa a norului si solul incarcat cu acelasi tip de electricitate. In prezenta norului are loc insa o electrizare prin influenta a zonei terestre situata sub el. Sarcina pozitiva pe care o capata Pamantul este insa cu atat mai mica cu cat nori sunt situati la inaltime mai mare, ceea ce explica de ce fenomenul este produs mai frecvent de norii de joasa altitudine,

Sa examinam mai amanuntit mecanismul de producere a trasnetului. Se stie la ora actuala ca ploaia este in general "pozitiva". O explicatie a acestui fenomen este legata de electrizarea picaturilor prin frecare cu stratele atmosferice, astfel ca pe sol soseste un transport de sarcina pozitiva, ceea ce face ca norul sa fie mai neutru(se negativeaza), deci poate sa apara o diferenta de potential intre baza lui inferioara si pamantul polarizat pozitiv, creeindu-se astfel un camp electric a carui intensitate este mai puternica in regiunea varfurilor. Intre varfuri si baza norului exista in schimb permanent de sarcini, dar cand intensitatea campului electric depaseste o anumita limitaare loc strapungerea aerului producandu-se o descarcare electrica intre varf si baza norului. Acesta este tipul de trasnet cel mai raspandit. Pe un teren neted si omul poate juca rolul de "varf". In plus orice obiect metalic aflat asupra lui favorizeaza trasnetul.

Exista un trasnet insotit de scurgerea inversa de sarcini atunci cand avem de-a face cu un nor tripolar. Acest caz este insa mai putin frecvent. Pozitivarea unor regiuni din baza norilor nu poate fi explicata decat prin plecarea unor particule incarcate negativ, ceea ce se intampla in timpul grindinilor sau a ninsorii. Nu vom discuta nici problema diferentei deincarcare a precipitatilor lichide si solide, dar realitatea lor nu este astazi contestata si ea explica existenta celor doua tipuri de trasnete.

Vom prezenta in continuare o clasificare a formelor de descarcare a electricitatii acumulata in nori: a) descarcare intre nori (scaneie lugi de aproximativ 15 km ) ; b) descarcarea in interiorul norului,de sus in jos (descendenta)insotita de o iluminare a norilor ; c) descarcare in interiorul norilor de jos in sus (ascendenta), greu vizibila de pe Pamant ; d) trasnet linear, spre Pamant, sub forma de scanteie, care este insa de forma contorsionata analoga semnului "atentie, inalta tensiune()" ; e) trasnetul globular care apare ca o sfera incandescenta ; f) trasnetul perlat (succesiune de "perle" luminoase) ;

g) trasnetul racheta (punct luminos care inainteaza rapid si lasa in urma o trena luminoasa ca o cometa). Dintre acestea mentionam trasnetul globular ca fiind o sfera stralucitoare cu o durata de viata relativ ridicata. Apare neasteptat in locuri diferite, poate "intra" in casa in mod misterios. Marturisirile diferitilor observatori sunt la fel de diferite ca si ipotezele asupra naturii lui.

Mai mentionam, aici trasnetul indirect, care poate lovi un om sau un altobiect desi descarcarea a avut loc intrea baza norului si un alt punct de pe Pamant. Explicatia lui este legata de faptul ca obiectul situat la o oarecare distanta de punctul lovit este si el electrizat prin influenta si electricitatea suplimentara sosita prin Pamant serveste la neutralizarea partiala a sarcinii inmagazinata in el.

Credem ca ar fi interesant de retinut unele date suplimentare asupra acestor fenomene. Astfel, un fulger este un fenomen discontinuu care se deruleaza intr-un numar valabil de etape. In faza incipienta descarcarea "cauta" drumul cel mai convenabil prin ionizarea aerului si crearea unui "culoar" bun conductor.

Energia care se degaja este circa 10 la a 10-a J, iar timpul in care se epuizeaza fenomenuleste de 6-24ms. Intensitatea curuntului electric este in zona fulgerului atinge valori maxime de peste 200 000  de amperi, media situandu-se la 20 000 A.

b) PARATRASNETUL este o constructie care ajuta la protectia cladirilor impotriva trasnetelor, ferindu-le de incendii si se prezinta sub forma unor vergele metalice montate pe diverse consstructii inalte. Paratrasnetul este legat la pamant printr-o sarma groasa. Daca trece pe deasupra lui un nor baza negativa, paratrasnetul se electrizeaza prin influenta avand capatul pozitiv. Datorita punctului intens din zona varfurilor, sarcinile de la baza norilor sunt atrase, se scurg spre varf si apoi prin paratrasnet spre Pamant. Se evita astfel socul violent al lovirii. Cand norii au o regiune pozitiva la baza fenomenul este inversat, sarcinile negative se scurg de pe paratrasnet spre nor. Procesele astfel expuse sunt mai rare pentru ca ar trebui sa fie nor de joasa altitudine. In mod normal paratrasnetul canalizeaza trasnatul spre pamant. Zona protejata este o functie a paratrasnetului.