Apa itu petir dan bagaimana terjadinya?

Asal usul awan petir

Kabut yang naik tinggi di atas tanah terdiri dari partikel air dan membentuk awan. Awan yang lebih besar dan lebih berat disebut awan kumulus. Beberapa awan sederhana—mereka tidak menyebabkan petir atau guntur. Yang lainnya disebut badai petir karena menciptakan badai petir, berupa kilat dan guntur. Awan petir berbeda dari awan hujan biasa karena bermuatan listrik: ada yang positif, ada yang negatif.

Bagaimana awan petir terbentuk? Semua orang tahu seberapa kuat angin saat terjadi badai petir. Tetapi pusaran udara yang lebih kuat terbentuk lebih tinggi di atas tanah, di mana hutan dan pegunungan tidak menghalangi pergerakan udara. Angin ini menghasilkan sebagian besar listrik positif dan negatif di awan.

Ada listrik positif di pusat setiap tetes, dan listrik negatif dalam jumlah yang sama ditemukan di sepanjang permukaan tetesan. Tetesan air hujan yang jatuh ditangkap oleh angin dan jatuh ke arus udara. Angin, yang menerpa jatuh dengan kekuatannya, memecahnya berkeping-keping.Dalam hal ini, partikel luar tetesan yang terlepas menjadi bermuatan listrik negatif.

Bagian tetesan yang lebih besar dan lebih berat yang tersisa diisi dengan listrik positif. Bagian awan tempat tetesan berat menumpuk bermuatan listrik positif. Hujan yang turun dari awan mentransfer sebagian listrik awan ke tanah, dan dengan demikian tercipta daya tarik listrik antara awan dan tanah.

Dalam gambar. 1 menunjukkan distribusi listrik di awan dan di permukaan bumi. Jika awan bermuatan listrik negatif, maka, berusaha untuk tertarik padanya, listrik positif bumi akan didistribusikan ke permukaan semua benda tinggi yang menghantarkan arus listrik. Semakin tinggi objek yang berdiri di tanah, semakin kecil jarak antara bagian atas dan bawah awan dan semakin kecil lapisan udara yang tertinggal di sini, yang menghasilkan listrik yang berlawanan. Jelas bahwa petir lebih mudah menembus tanah di tempat-tempat seperti itu. Kami akan memberi tahu Anda lebih banyak tentang ini nanti.

Beras. 1. Distribusi listrik pada awan petir dan objek tanah

Apa yang menyebabkan petir?

Mendekati pohon atau rumah yang tinggi, awan petir bermuatan listrik bekerja di atasnya. Dalam gambar. 1 awan bermuatan listrik negatif menarik listrik positif ke atap, dan listrik negatif rumah akan masuk ke tanah.

Baik listrik—di awan maupun di atap rumah—cenderung saling menarik. Jika ada banyak listrik di awan, maka banyak listrik yang terbentuk di rumah melalui pengaruhnya.

Sama seperti air yang masuk dapat mengikis bendungan dan mengalir deras, membanjiri lembah dengan gerakannya yang tidak terbatas, demikian pula listrik, yang semakin terakumulasi di awan, pada akhirnya dapat menembus lapisan udara yang memisahkannya dari permukaan bumi dan mengalir deras. turun ke bumi, ke listrik sebaliknya. Pelepasan yang kuat akan terjadi — percikan listrik akan meluncur di antara awan dan rumah.

Ini adalah petir yang menyambar rumah. Pelepasan petir dapat terjadi tidak hanya antara awan dan tanah, tetapi juga antara dua awan yang diisi dengan berbagai jenis listrik.

Semakin kuat angin, semakin cepat awan terisi listrik. Angin menghabiskan sejumlah pekerjaan, yang digunakan untuk memisahkan listrik positif dan negatif.

Bagaimana petir berkembang?

Paling sering, petir yang menyambar tanah berasal dari awan yang bermuatan listrik negatif. Petir yang menyambar dari awan semacam itu berkembang dengan cara ini.

Pertama, sejumlah kecil elektron mulai mengalir dari awan ke tanah, dalam saluran sempit, membentuk semacam arus di udara.

Dalam gambar. 2 menunjukkan inisiasi pembentukan petir. Di bagian awan tempat saluran mulai terbentuk, elektron yang memiliki kecepatan gerak tinggi telah terakumulasi, yang menyebabkannya, bertabrakan dengan atom udara, memecahnya menjadi inti dan elektron.

Beras. 2. Petir mulai terbentuk di awan

Elektron yang dilepaskan dalam hal ini juga mengalir ke tanah dan, sekali lagi bertabrakan dengan atom-atom di udara, memisahkannya.Ini seperti jatuhnya salju di pegunungan, ketika pada awalnya gumpalan kecil, menggelinding ke bawah, tumbuh ditutupi dengan butiran salju yang menempel padanya, dan, mempercepat penerbangannya, menjadi longsoran salju yang besar.

Dan di sini longsoran elektron menangkap volume udara baru, memecah atomnya menjadi beberapa bagian. Dalam hal ini, udara dipanaskan, dan dengan kenaikan suhu, konduktivitasnya meningkat. Itu berubah dari isolator menjadi konduktor. Melalui saluran udara konduktif yang dihasilkan dari awan, listrik mulai semakin terkuras. Listrik mendekati bumi dengan kecepatan yang luar biasa, mencapai 100 kilometer per detik.

Dalam seperseratus detik, longsoran elektron mencapai tanah. Ini hanya mengakhiri yang pertama, bisa dikatakan, bagian "persiapan" dari petir: petir telah sampai ke tanah. Kedua, bagian utama dari pengembangan Lightning masih akan datang. Bagian yang dianggap dari formasi petir disebut konduktor. Kata asing ini berarti "pemimpin" dalam bahasa Rusia. Pemandu memberi jalan untuk bagian petir kedua yang lebih kuat; bagian ini disebut bagian utama. Segera setelah saluran mencapai tanah, listrik mulai mengalir melewatinya dengan lebih keras dan cepat.

Sekarang ada hubungan antara listrik negatif yang terkumpul di saluran dan listrik positif yang jatuh ke tanah dengan tetesan air hujan, dan dengan aksi listrik terjadi pelepasan listrik antara awan dan tanah. Pelepasan seperti itu adalah arus listrik dengan kekuatan yang sangat besar - kekuatan ini jauh lebih besar daripada kekuatan arus dalam jaringan listrik konvensional.

Arus yang mengalir di saluran meningkat dengan sangat cepat, dan setelah mencapai kekuatan maksimum, arus mulai berkurang secara bertahap.Saluran kilat tempat arus yang begitu kuat mengalir sangat panas dan karenanya bersinar terang. Tetapi waktu aliran arus dalam pelepasan petir sangat singkat. Pelepasan berlangsung selama sepersekian detik dan oleh karena itu energi listrik yang dihasilkan selama pelepasan relatif kecil.

Dalam gambar. 3 menunjukkan gerakan bertahap dari konduktor petir menuju tanah (tiga angka pertama di sebelah kiri).

Beras. 3. Pengembangan bertahap konduktor petir (tiga gambar pertama) dan bagian utamanya (tiga gambar terakhir).

Tiga gambar terakhir menunjukkan momen terpisah dari pembentukan bagian kedua (utama) dari petir. Seseorang yang melihat flash, tentu saja, tidak dapat membedakan panduannya dari bagian utama, karena mereka mengikuti satu sama lain dengan sangat cepat, di jalur yang sama.

Setelah menghubungkan dua jenis listrik yang berbeda, arus terputus. Biasanya petir tidak berhenti sampai disitu. Seringkali seorang pemimpin baru segera bergegas di sepanjang jalan yang telah dibuka oleh lemparan pertama, dan di belakangnya, di jalan yang sama, kembali menjadi bagian mata dari lemparan tersebut. Ini melengkapi pelepasan kedua.

Bisa ada hingga 50 kategori terpisah seperti itu, masing-masing terdiri dari pemimpin dan badan utamanya sendiri. Paling sering ada 2-3 di antaranya. Munculnya pelepasan yang terpisah membuat petir terputus-putus, dan seringkali orang yang melihat kilat melihatnya berkedip. Inilah yang menyebabkan flash berkedip.

Waktu antara pembentukan pelepasan terpisah sangat singkat. Tidak melebihi seperseratus detik, jika jumlah pelepasannya sangat besar, maka durasi petir bisa mencapai satu detik penuh atau bahkan beberapa detik.

Kami hanya mempertimbangkan satu jenis petir, yang paling umum.Petir ini disebut petir linier karena terlihat dengan mata telanjang sebagai garis — pita sempit berwarna putih, biru muda, atau merah muda cerah.

Garis petir memiliki panjang ratusan meter hingga beberapa kilometer. Jalur petir biasanya zigzag. Petir seringkali memiliki banyak cabang. Seperti yang telah disebutkan, pelepasan petir linier dapat terjadi tidak hanya antara awan dan tanah, tetapi juga di antara awan.

Bola petir

Namun, selain linier, ada jenis petir lain yang jauh lebih jarang. Kami akan mempertimbangkan salah satunya, yang paling menarik — petir bola.

Terkadang ada pelepasan petir yang berupa bola api. Bagaimana petir bola terbentuk belum dipelajari, tetapi pengamatan yang tersedia dari jenis pelepasan petir yang menarik ini memungkinkan kita untuk menarik beberapa kesimpulan.

Paling sering, bola petir berbentuk seperti semangka atau pir. Itu berlangsung relatif lama - dari sepersekian detik hingga beberapa menit.

Durasi petir bola yang paling umum adalah 3 hingga 5 detik. Paling sering, petir bola muncul di ujung badai petir dalam bentuk bola bercahaya merah dengan diameter 10 hingga 20 sentimeter. Dalam kasus yang lebih jarang, itu juga besar. Misalnya, sebuah petir dengan diameter sekitar 10 meter difoto.

Bola terkadang berwarna putih menyilaukan dan memiliki garis luar yang sangat tajam. Petir bola biasanya mengeluarkan suara mendesis, mendengung, atau mendesis.

Petir bola bisa memudar secara diam-diam, tetapi bisa mengeluarkan suara berderak samar atau bahkan ledakan yang memekakkan telinga. Ketika menghilang, seringkali meninggalkan kabut berbau menyengat. Di dekat tanah atau di dalam ruangan, petir bola bergerak dengan kecepatan orang yang sedang berlari — kira-kira dua meter per detik.Itu bisa tetap diam untuk sementara waktu, dan bola yang "tetap" seperti itu mendesis dan mengeluarkan percikan api sampai menghilang. Terkadang petir bola tampak digerakkan oleh angin, tetapi biasanya pergerakannya tidak bergantung pada angin.

Petir bola tertarik ke ruang tertutup, di mana mereka menembus melalui jendela atau pintu yang terbuka, dan terkadang bahkan melalui celah kecil. Pipa adalah cara yang baik untuk mereka; itu sebabnya bola api sering keluar dari oven di dapur. Setelah berkeliling ruangan, bola petir meninggalkan ruangan, seringkali keluar melalui jalur yang sama dengan yang dimasukinya.

Terkadang petir naik dan turun dua atau tiga kali pada jarak beberapa sentimeter hingga beberapa meter. Bersamaan dengan pasang surut ini, bola api terkadang bergerak ke arah horizontal, dan kemudian bola petir tampak melompat.

Seringkali, petir bola "menetap" di kabel, lebih memilih titik tertinggi, atau menggelinding di sepanjang kabel, misalnya, di sepanjang pipa drainase. Bergerak di sepanjang tubuh orang, terkadang di bawah pakaian, bola api menyebabkan luka bakar parah dan bahkan kematian. Ada banyak gambaran kasus kerusakan fatal pada manusia dan hewan akibat petir. Petir panas dapat menyebabkan kerusakan yang sangat parah pada bangunan.

Di mana petir menyambar?

Karena petir adalah pelepasan listrik melalui ketebalan isolator - udara, paling sering terjadi di mana lapisan udara antara awan dan benda apa pun di permukaan bumi akan lebih kecil. Pengamatan langsung menunjukkan hal ini: petir cenderung menyambar menara lonceng, tiang, pohon, dan benda tinggi lainnya yang tinggi.

Namun, petir tidak hanya menyambar benda-benda tinggi.Dari dua tiang yang berdekatan dengan tinggi yang sama, yang satu terbuat dari kayu dan yang lainnya dari logam, dan berdiri tidak jauh dari satu sama lain, petir akan menyambar tiang yang terbuat dari logam. Ini akan terjadi karena dua alasan: Pertama, logam menghantarkan listrik jauh lebih baik daripada kayu, bahkan dalam keadaan basah. Kedua, tiang logam terhubung dengan baik ke tanah dan listrik dari tanah dapat mengalir lebih bebas ke tiang selama pengembangan pemimpin.

Keadaan terakhir banyak digunakan untuk melindungi berbagai bangunan dari petir. Semakin besar luas permukaan tiang logam yang bersentuhan dengan tanah, semakin mudah listrik dari awan mengalir ke tanah.

Ini dapat dibandingkan dengan bagaimana aliran cairan dituangkan melalui corong ke dalam botol. Jika bukaan di corong cukup besar, semburan akan langsung masuk ke dalam botol. Jika bukaan di corong kecil, cairan akan mulai meluap ke tepi corong dan mengalir ke lantai.

Petir dapat menyambar bahkan di permukaan bumi yang datar, tetapi pada saat yang sama ia menyambar tempat yang konduktivitas listriknya lebih besar. Jadi, misalnya, tanah liat basah atau rawa disambar petir lebih cepat daripada pasir kering atau tanah kering berbatu. Untuk alasan yang sama, petir menyambar tepi sungai dan sungai, lebih memilihnya daripada pohon tinggi tapi kering yang menjulang di dekatnya.

Karakteristik petir ini - untuk bergegas ke benda yang memiliki landasan yang baik dan konduktor yang baik - banyak digunakan untuk mengimplementasikan berbagai perangkat pelindung.