Blesk

Z Multimediaexpo.cz

Verze z 6. 7. 2011, 22:08

Tento článek potřebuje úpravy. Můžete Multimediaexpo.cz pomoci tím, že ho vylepšíte. Jak by měly články vypadat, popisují stránky Vzhled a styl a Encyklopedický styl.

Blesky v rumunském městě Oradea

Animace bleskového výboje

Blesk je silný přírodní elektrostatický výboj (electrostatic discharge – ESD) produkovaný během bouřky. Bleskový elektrický výboj je provázen emisí světla. Elektřina procházející kanály výboje rychle zahřívá okolní vzduch, který díky expanzi produkuje charakteristický zvuk hromu.

Přeskoková vzdálenost elektrického výboje

Přeskoková vzdálenost elektrického výboje je zcela jistě velmi silně závislá na celkové vlhkosti vzduchu, obecně tu platí, že čím je vzduch vlhčí (tedy více nasycený vodními parami), tím je přeskoková vzdálenost větší. Vlhkost vzduchu je ovšem zase silně závislá na teplotě a také tlaku vzduchu. Většina těchto měření je prováděna za konstantní vlhkosti, tlaku a teploty vzduchu. Přírodní blesky se ovšemže ve stabilních laboratorních podmínkách nikdy nepohybují. Běžná technická hodnota u vedení velmi vysokého napětí počítá s minimální přeskokovou vzdáleností asi 10 kilovolt na 1 centimetr, tedy minimálně 1 metr na jeden milión voltů! Za bouře bývá relativní vlhkost vzduchu extrémně vysoká, fakticky se často blíží ke 100 %, teploty a tlaky vzduchu v bouřkových mracích však velmi silně kolísají (samotná bouře je jen důsledek tohoto klimatického kolísání).

Rychlost a tvary blesků

Vzduch se při úderu ohřeje až na 30 000 °C.^[1] Někdy se výboj vydává několika drahami – jedná se o „rozvětvený blesk“. Blesky uvnitř jednoho mraku se nazývají „plošné“ a ze země je lze vidět jen jako světelné záblesky. Blesky mohou za bouřky v praxi nabývat velmi podivných tvarů i neobvyklých rozměrů, vždy záleží na konkrétních fyzikálních a klimatických podmínkách.

Historie výzkumu blesku

Jedna z prvních fotografií blesků nad Eiffelovou věží, 1902

Během prvotního výzkumu elektřiny pomocí leydenských láhví a jiných instrumentů si mnoho lidí (Dr. Wall, Gray, Abbé Nollet) myslelo, že krátké jiskry sdílejí s bleskem určitou podobnost. Benjamin Franklin zkoušel testovat tuto teorii použitím dlouhé tyče, která měla být vztyčena ve Filadelfii, ale během čekání na její dokončení, dostal nápad použít létající objekt – např. papírový drak. Během následující bouřky v červnu roku 1752 spolu se svým synem jako asistentem vznesli draka do výšky. Na konec jeho lanka připevnili klíč a uvázali ho na kolík s hedvábnou nití. Časem si Franklin všiml ztrátu vláken na lanku napínáním; pak dal svou ruku dost blízko ke klíči a jiskra přeskočila mezerou. Padající déšť namočil lanko a udělal ho vodivým. I když i jiní (Dalibard a De Lors) dělali podobné experimenty ve Francii, Franklin navrhl původní nápad s vyvýšeným objektem a jiskrovou mezerou, který i oni použili, a proto je obvykle považován za autora. Jak se zprávy o experimentu a jeho podrobnostech rozšiřovaly, vyskytly se pokusy o napodobení. Experimenty s bleskem jsou vždy extrémně rizikové a byly často smrtelné. Nejznámější oběť z mnohých imitátorů Franklina byl profesor Richman ze Sankt Petersburgu (Rusko). Vytvořil podobnou sestavu jako Franklin a byl na zasedání Akademie věd, když uslyšel bouřku. Utíkal domů se svým rytcem na zachycení události pro potomstvo. Během experimentu se objevil velký kulový blesk, srazil se s hlavou Richmana zanechav červenou skvrnu a on skonal. Jeho boty byly na kusy rozpadlé a ohořelé, části oděvu byly připáleny, rytec byl odhozen, rám dveří místnosti se roztrhl a samotné dveře vypadly ze závěsu. Franklin též vynalezl bleskosvod, pravděpodobně jako výsledek popsaného experimentu.

Jak je blesk formován

První proces při vzniku blesku je silná separace kladných a záporných nábojů v mraku nebo vzduchu. Mechanismus procesu je stále objektem výzkumu, ale jedna široce akceptovaná teorie je polarizační mechanismus. Tento mechanismus má 2 složky: první je, že padající kapky ledu a deště se elektricky polarizují během průchodu přírodním elektrickým polem atmosféry, a druhá je, že srážející se ledové částice se nabíjejí elektrostatickou indukcí. Po nabití částic ledu nebo kapek jakýmkoli mechanismem, práce se koná, když protikladné náboje jsou odděleny a energie je uložena v elektrických polích mezi nimi. Kladně nabité krystaly mají tendenci stoupat nahoru a vytváří kladný náboj vrcholu mraku a záporně nabité krystaly a kroupy padají do středních a spodních vrstev mraku, čímž vzniká oblast se záporným nábojem. V této fázi může vzniknout blesk mezi dvěma mraky. Blesk mezi mrakem a zemí je méně častý. Takové kupovité mraky („cumulonimbus“), které neprodukují dost ledových krystalů, obvykle nejsou s to vytvořit dost nábojové separace pro vznik blesku. Když se tímto způsobem nahromadí dostatek kladných a záporných nábojů, a když se elektrické pole stane dostatečně silným, nastane elektrický výboj mezi mraky nebo mezi mrakem a zemí, produkujíc hrom. Protože všechny vzduchové elektrické nábojové elektrony z kosmických paprskových nárazů jsou urychlovány elektrickými poli, ionizují vzduchové molekuly, které se pak srážejí dělajíc vzduch vodivým a začínají bleskové výboje. Během výbojů se následující části vzduchu stávají vodivými, když elektrony a pozitivní ionty molekul vzduchu jsou odtaženy od sebe a nuceny proudit v opačných směrech (krokové kanály zvané vodič). Vodivá vlákna rostou v délce. Současně elektrická energie uložena v elektrickém poli proudí radiálně dovnitř do vodivého vlákna. Když nabitý krokový kanál je blízko země, protikladné náboje se objeví na zemi a zvýší elektrické pole. Elektrické pole je vyšší na stromech a vysokých budovách. Je-li elektrické pole dost velké, výboj může být iniciován ze země a eventuálně se napojit na sestupný výboj z mraku. Blesk se může vyskytnout též v mracích z popelu při sopečných erupcích (s délkou výboje až 100m), písečných bouřích (délka výboje až 1m) nebo může být způsoben silnými lesními požáry, které vyprodukují dostatečné množství prachu pro tvorbu statického náboje. Dále může dojít ke vzniku blesku při zemětřesení (vycházející z elektrických polí vytvářených seizmickým napětím), při explozích termonukleárních zbraní - např. vodíková bomba (jaderné bleskové výboje o délce až 1 km).^[2]

Negativní blesk

Blesk udeřil do stromu. Všimněte si proudnice vlevo vycházející ze stožáru. Není spojena s hlavním vodícím kanálem.

Blesk obvykle vzniká, když neviditelný negativně nabitý impuls z krokového kanálu je vyslán z mraku. Když se to stane, pozitivně nabitý krokový kanál je obvykle vyslán z pozitivně nabité země nebo mraku. Když se 2 kanály střetnou, elektrický proud značně vzroste. Oblast vysokého proudu rozšiřuje zpětně pozitivní krokový kanál do mraku. Tento „zpětný impuls“ tvoří nejjasnější část výboje a je to část, která je opravdu viditelná. Většina bleskových výbojů trvá obvykle asi čtvrtinu sekundy. Někdy několik výbojů prochází nahoru a dolů stejným kanálem, způsobujíc efekt blikání. Hrom vzniká, když výboj rychle zahřeje vodící kanál a vznikne rázová vlna. Stává se, že proudnice jsou vyslány z několika různých objektů současně, a jen jedna se spojí s vodičem a vytvoří cestu výboje. Tento typ blesku se nazývá negativní blesk pro vybití negativního náboje z mraku a zahrnuje přes 95 % všech blesků. Průměrný blesk nese proud 30 kA a má potenciální rozdíl asi 100 MV.^[1] Přemístí se jím náboj asi 15 C.^[3]

Pozitivní blesk

Strom zasažený bleskem

Pozitivní blesk tvoří méně než 5 % všech blesků. Vyskytuje se, když se krokový vodič formuje při pozitivně nabitých vrcholech mraků s tím důsledkem, že negativně nabitá proudnice je vyslána ze země. Celkovým efektem je vybití pozitivních nábojů do země. Výzkum vedený po objevu pozitivního blesku v 70. létech 20. století ukázal, že pozitivní blesky jsou typicky 6 – 10krát silnější než negativní blesky, trvají asi 10krát déle a mohou udeřit několik kilometrů od mraku. Během pozitivního blesku vzniká velké množství rádiových vln o extrémně nízké frekvenci. Pro svou sílu jsou pozitivní blesky mnohem nebezpečnější. V současnosti nejsou letadla navržena tak, aby odolala tomuto blesku, protože jeho existence byla neznámá v době tvorby standardů a jeho riziko nebylo doceněno až do destrukce větroně v roce 1999 [1]. Proto vznikly názory, že to mohl být pozitivní blesk, který způsobil pád letu Pan Am číslo 214 v roce 1963. Pozitivní blesk je teď též považován za původce mnohých lesních požárů. Pozitivní blesk byl též viděn jak spouští výskyt horních atmosferických blesků. Vyskytuje se častěji v zimních bouřkách a na konci bouřky.

Ostatní bleskovité jevy

Blesk může uhodit z mraku vzhůru stejně jako dolů. V roce 1993 byla zaznamenána barevná světla šlehající z vrchní části bouřkových mraků – oranžové kruhy s modrými rameny, záblesky modrých světel a obrovské rudé skvrny. Tyto světelné úkazy vystřelují až do výšky 95 kilometrů buď po jednom, nebo v celých sériích. Mezi ještě vzácnější úkazy pak patří také modré záblesky, putující asi stokilometrovou rychlostí a explodující světelné kotouče, takzvané „skřítky“. Všechny tyto atmosférické výboje vznikají v silném elektrickém poli nad bouřkovými oblaky.

Související článek

• elektrický výboj

Reference

1. ↑ ^{1,0 1,1} FAQ: About Lightning... [online]. NOAA, [cit. 2009-01-08]. Dostupné online. (anglicky) 
2. ↑ HUDEC, Jaroslav; REISINGER, Jiří. HAKEL: Fenomenologie blesku [online]. 2009-08-10, [cit. 2010-03-13]. Dostupné online.  
3. ↑ HASBROUCK, Richard. Mitigating Lightning Hazards [online]. Lawrence Livermore National Laboratory, 1996-05-xx, [cit. 2009-01-08]. Dostupné online. (anglicky) 

Externí odkazy

• Amateur Stormchasing Society – počasí: bouřky, blesky, oblaky a podobné jevy
• Detekce blesků ČHMÚ
• Videa a fotografie z bouřek – Lovci bouřek v podmínkách ČR