Wyładowanie atmosferyczne Opis zjawiska

1. Wyładowanie atmosferyczne Opis zjawiska

2. Chmury burzowe Rozkład ładunków elektrycznych Le Phénomène Foudre Około 70% wyładowań nie dosięga ziemi. Są to wyładowania zachodzące wewnątrz chmur lub pomiędzy nimi. Pozostałe 30% wyładowań to wyładowania pomiędzy podstawą chmury burzowej (często naładowaną ujemnie) a powierzchnią ziemi.

3. Chmury burzowe Charakterystyka Le Phénomène Foudre Cumulonimbus : chmura w kształcie kowadła, charakterystyczna forma burzowa. • - Odległość pomiędzy podstawą chmury a ziemią: 300 m do 3 km • - Wysokość chmury : 5 do 12 km • Powierzchnia: kilka km² • Masa: kilkaset tysięcy ton • Skład : para, krople wody, grad, kryształki lodu

4. Chmury burzowe Cykl życia 1. Mocne prądy wznoszące,spowodowane dużymi różnicami temperatur, inicjują powstanie chmury burzowej. 2. Dolna partia stratosfery zatrzymuje prądy wznoszące, co nadaje chmurze charakterystyczny kształt (rozpłaszczona górna powierzchnia), następuje schłodzenie wznoszących się mas powietrza do –60°C. 3. Pojawia się silny prąd zstępujący zimnego powietrza, powodujący gwałtowne opady deszczu i gradu wewnątrz chmury. 4. Akumulacja olbrzymich ilości wody wywołuje ulewę połączoną z mocnymi porywami wiatru. 5. Przewaga prądów zstępujących nad wstępującymi powoduje zanik chmury poprzez odparowanie lub fragmentację. Le Phénomène Foudre

5. Chmury burzowe Powstawanie ładunków elektrycznych • Mechanizm powstawania ładunków elektrycznych jest wciąż badany. Oto jedna z teorii wyjaśniających zjawisko zachodzące w chmurach burzowych. • Duże krople deszczu, gradu i krupy lodowej opadają wewnątrz chmury. Unoszoną je mocne prądy zstępujące. • Na swej drodze krople napotykają na mniejsze cząsteczki wody i kryształki lodu tworzące zawiesinę w postaci mgły. • Zderzenia pomiędzy cząsteczkami wytwarzają dostateczną ilość energii powodując wybicie elektronu. • Cząsteczki opadające mają ujemny potencjał elektryczny i zbierają się u podstawy chmury. • Mgła ma ładunek dodatni. • Chmura zamienia się w dipol dodatni. Le Phénomène Foudre Mechanizm indukcyjnego powstawania ładunków Rozkład ładunków elektrycznych wewnątrz chmury gradowej

6. Chmury burzowe Rozkład ładunków elektrycznych Dokładniejsza obserwacja : Chmura burzowa nie ma struktury dipolarnej, ale tripolarną. Le Phénomène Foudre • Ostatnie badania wykazują, że chmury burzowe składają się z: • W środkowej części chmury znajduje się strefa ujemnie naładowana. Ma wydłużoną formę, wysoką na około 1000 m o długości dochodzącej do kilku kilometrów. • Nad strefą centralną, naładowaną ujemnie, znajduje się strefa naładowana dodatnio o wysokości kilku kilometrów. Aktywność elektryczna wewnątrz tej strefy jest dużo mniejsza od obserwowanej w strefie środkowej chmury. • Obserwujemy małą strefę naładowaną dodatnio u podstawy chmury. Strefa ta składa się z gradu o dodatnim ładunku, uzyskanym w wyniku zderzeń z kryształkami lodu w trakcie opadania cząsteczek. Ładunek dodatni tej strefy nie ma wpływu na ogólną ujemną polaryzację ładunków dolnej części chmury burzowej.

7. Pole elektryczne Zmiany w polu elektrycznym Le Phénomène Foudre Powietrze (wszystkie jego składniki) jest naładowane elektrycznie. Pomiędzy podstawą chmury, naładowaną ujemnie, a powierzchnią ziemi, o dodatnim ładunku, powstaje mocne pole elektryczne. Nadchodząca chmura burzowa powoduje odwrócenie naturalnego pola elektrycznego istniejącego pomiędzy powierzchnią ziemi a chmurami. Napięcie elektryczne (zwykle około 100 V/metr) zmienia polaryzację i osiąga wartości rzędu 15–20 kV/m. Różnica potencjałów pomiędzy chmurą a ziemią osiąga wówczas wartość krytyczną. Jej przekroczenie powoduje wyładowanie atmosferyczne. Rozkład ładunków elektrycznych w chmurze burzowej i ewolucja wartości pola elektrycznego ziemi

8. Pole elektryczne Efektkorony Pole elektryczne ma stałą wartość na płaskiej powierzchni.Ukształtowanie terenu, wysokie przeszkody o ostrych, kanciastych kształtach (drzewa, słupy, budynki...) mają wpływ na przyrost wartości pola elektrycznego. Kopuła powoduje trzykrotny wzrost pola elektrycznego w porównaniu do płaskiej powierzchni. W tych samych warunkach osiągana wartość pola elektrycznego na końcu zaostrzonego pręta jest trzysta razy większa! W wyniku wzrostu wartości pola, powietrze jonizuje się w okolicach obiektów o ostrych kształtach. Fenomen ten nosi nazwę efektu KORONY. Le Phénomène Foudre W obecności wysokiego pola elektrycznego (E) obserwujemy zagęszczenie ładunków elektrycznych wokół obiektów o ostrych kształtach... Ładunki naładowane dodatnio Elektrony + Ostrze

9. Pole elektryczne Rozwój traserów Traser wstępujący Wyładowanie wstęgowe Ulot E : Pole elektryczne pomiędzy ziemią a chmurą Le Phénomène Foudre t0 T W punkcie t0, z chmury odrywa się traser zstępujący, powodujący gwałtowny wzrost pola elektrycznego. Dodatnie ładunki otaczające ostrze zwodu przyciągają elektrony. Pojawienia się trasera zstępującego powoduje przyciąganie elektronów z ostrza zwodu, a nagły wzrost pola elektrycznego wzmaga i przyspiesza to zjawisko. Obserwujemy lawinowy wzrost jonizacji powietrza – pojawia się wyładowanie wstęgowe uwolnione przez ostrze zwodu.

10. E v = 0,1 m/µs + T t0 v = 1 m/µs Wyładowanie atmosferyczne Rozwój traserów Traser zstępujący V = 0,1 m/µs Le Phénomène Foudre Pole Elektryczne+ Traser wstępujący V = 1 m/µs Pole elektryczne otoczenia

11. Wyładowanie atmosferyczne Kanał jonizacyjny Le Phénomène Foudre Przykład 1 Zdjęcie wykonane na polu testowym firmy Indelec w Cachoeira Paulista w Brazylii. Główny kanał jonizacyjny jest wyraźnie jaśniejszy od zanikających traserów zstępujących. Przykład 2 Zdjęcie pochodzi z Francji Przedstawione zdjęcia wykonano kilkaµspo połączeniu trasera zstępującego z wstępującym. Dzięki temu możemy zaobserwować zanikające konkurujące ze sobą trasery zstępujące.

12. Burze na świecie Poziom Kéraunique =ilość dni w roku, w których słyszymy burzę Activité Orageuse

13. Burze na świecie Ilość wyładowań na km² / rok Activité Orageuse