מכלול התנועה והאינטראקציה של מטענים אנרגיה במעטפת כדור הארץ, הנלמד על ידי חלק מיוחד בפיזיקה, נקרא חשמל אטמוספרי. נחקר השדה סביב חלקיקים וגופים טעונים, המופיע כאשר האינדוקציה המגנטית משתנה, תהליך יצירת היונים, היכולת ליצור זרם ולהוליך אותו. נבדקת האפשרות של חלקיקים להשתתף באינטראקציה אלקטרומגנטית ולייצר קרינה.
תוֹכֶן
-
השפעות חשמליות באטמוספרה
- טבע פיזי
- תופעת ברק
- חלוקת ספרות
- התפרצויות בשכבות העליונות
- זרניצי בשמיים
- גורמי סכנה
- הגנת פוטנציאל ואינדוקציה
- ברזי ברק
השפעות חשמליות באטמוספרה
כל הביטויים קשורים זה בזה, ההבדל ביניהם נובע מתנאים מטאורולוגיים מקומיים. שטח הרעיון הנחקר כולל את התהליכים המתרחשים בסטרטוספירה (שכבות בגובה 12-52 ק"מ) ובטרופוספירה (אוויר מעל הקרקע בגובה של 8 עד 18 ק"מ).
השפעת החשמל בהולדת הברק הוכחה, וזה גם מסביר את הופעתם של מטענים, זוהרים עם קוטביות שונה של ענני רעמים. שכבות אטמוספריות מוליכות בגובה 55-100 ק"מ התגלו כתוצאה ממחקר והן נחקרות ישירות בתהליך הפיתוח של האסטרונאוטיקה.
טבעו של חשמול עננים בסופת רעמים נחקר על מנת להכפיף את התהליך, להשתמש בו לפעילות אנושית ולשלוט בו באופן מכוון. הכרה בתפקידם של כוחות האנרגיה ביצירת עננים מפחיתה את סכנת החשמול של כלי הטיס ומקרבת לחשיפת סוד הברק הכדורי.
טבע פיזי
מאגר האנרגיה על מעטפת חלקיקי המים נמשך זמן רב, בהדרגה גרגרים כבדים יוצרים את השכבה התחתונה של הענן, השאר מרוכזים בחלק העליון. שלמות נשמרת בשל תכונתם של קטבים שונים להימשך זה לזה. כאשר הטיפות מתגבשות, והופכות אותן לשדי ברד או פתיתי שלג, משתחרר חום. הרוח פוגעת בחלקיקים זה בזה, מדד המטען משתנה, ונוצר זרם פרוטונים נוסף.
מכאן ניתן לראות כי לזרם המאורגן של אלקטרונים בתנאים סטטיים ובאזור האטמוספרי יש אותו אופי התרחשות, אם כי קנה המידה של התופעה והקטבים של החלקיקים הנעים שונים. שלג שיורד לקרקע מחושמל מפגיעה על פני השטח וחפצים. הדבר מתבטא בכך שבזמן סופות שלג חזקות בתנאים של טמפרטורות נמוכות קריטיות (בצפון), הבזקי צבע סגול מחליקים דרך ענני השלג ונתקלים בזוהר של עצמים חדים. אותן תופעות, דומות בטבען, נראות במהלך סופות חול ואבק בעלות עוצמה עצומה.
המטענים בעננים מופצים על גבי מערכת מורכבת. לפעמים לענן יש מטענים שונים בשני חלקים או שהוא מחושמל לחיוב או לשלילה. כתוצאה מכך, שטחים גדולים באטמוספירה, המגיעים עד למספר קילומטרים, נושאים את אותה יכולת הולכת אנרגיה. הפוטנציאל של ענן רעמים נמדד בעשרות מיליוני וולט, לפעמים עד מיליארד.
תופעת ברק
בסופת רעמים מתעוררת פריקת אנרגיית ניצוץ במעטפת האוזון, אשר מכריזה על עצמה בהבזק של אור מסנוור ובאפקט הקול הבא. המקומות שבהם נוצרים ברק הם:
-
גשם ענני קומולוס; - ענני גשם שכבות;
- אזורי פעילות וולקנית;
- אזורים שבהם מופיעות סופות טורנדו;
- אזורים של סופות אבק.
סוג נפוץ של ברק ליניארי הקשור לפריקות דחפים או בתדר גבוה בהיעדר אלקטרודות באזור העבודה. כך הם שונים מפריקת ניצוץ בגזים בין מוליכים במגע עם יונים. תכונות ברק:
-
אורך ניצוץ יותר מכמה מאות מטרים; - הפריקה מופיעה בשדות אנרגיה חלשים יותר מאלה המעורבים בתהליכים בין אלקטרודות;
- מטענים ממיליארדי חלקיקים מבודדים (בתוך קילומטרים ספורים) נאספים באלפיות השנייה;
- בברקים, חשמל הופך לאור, חום וקול, הם עולים כדי להרפות מטען רב עוצמה;
- קוטר שרוול הרוכסן 1 ס"מ;
- הזרם המכוון של אלקטרונים בו הוא בין 10 ל 100 kA, הטמפרטורה בפנים היא כ -25 אלף. מעלות C, בעוד שזמן המעבר לוקח שניות.
חלוקת ספרות
התופעות המתרחשות בענני רעמים נבדלות בצורת ברק בתוך הענן וכאלה הפוגעות בפני כדור הארץ. עבור הופעתם, יש צורך בנוכחות של שדה אלקטרומגנטי בענן קטן עם ערך מסוים של הכוח הפנימי בהשפעת גורמים שונים (1 MV / m). באזור הכללי שמסביב, המתח צריך להיות בעל ערך ממוצע התומך בהתחלת הפריקה (0.1-0.2 MV / m).
הפרשות חלקות מתייחסות לצורה הראשונית של ברק בטרופוספירה; לעתים קרובות הן יוצרות גזע לא מסועף, אחיד. תופעה זו מדמיינת עם אופי תאי של סופת רעמים, פרמטרי אוויר לא יציבים, במהלך טורנדו. לעתים קרובות בא לידי ביטוי דחף בודד עם מטען חיובי.
ברקים ענן לקרקע מובילים באורך (עד 150 ק"מ), תדירות התרחשותם עולה עם התקרבות לקו המשווה. התופעה מלווה בשינוי במרחבים האלקטרומגנטיים סביב חלקיקים וגלי רדיו. סכנת הפגיעה בחפץ שנמצא על הקרקע עולה עם גובהו. תדירות הפגיעה מושפעת מהיכולת של הקרקע בעומק מתחת לעצם או על פני השטח סביבו להוביל מטענים.
אם יש שדה בענן שיכול לתמוך בברקים, אבל אין מספיק כוח למראה שלו, אז עצם מוליך גבוה או מטוס יזום פריקה. הגורם הקובע הוא החשמול של גוף המתכת. לעתים קרובות יותר, ברק בין שמים וארץ מתעורר בגשם ובענני צבר.
התפרצויות בשכבות העליונות
הפרשות מיוחדות מתעוררות בשכבות הגובה של האוויר המקיף את כדור הארץ. הבזקים מיידיים מאופיינים בצורות לא צפויות או בשכבות מטושטשות. הם מכוונים אל פני השטח או אפילו יותר כלפי מעלה, הנראה חזותית. ישנם סוגים של ברק:
- ענק - שדונים;
- קונוסים - סילונים;
- ספרייטים שנחקרו מעט.
האלפים נראים כתופעות אור גדולות (400 ק"מ) בצורת חרוט. הם נוצצים חלש ומופיעים באזור העליון של ענן הרעם. גובה החרוט מגיע ל-100 ק"מ, משך ההדמיה נע בין 3 ל-5 אלפיות השנייה.
הסילון נצפים בצורה של צינורות או קונוסים בצבע כחול, זוהרם בהיר יותר מזה של האלפים, אך הגובה קטן יותר (אזור היונוספירה מעל פני הקרקע הוא 42-70 ק"מ). לפי משך הזמן שלהם, ניתן לראות אותם תוך 4-6 אלפיות השנייה.
הספרייטים נראים מעט, כמעט בלתי ניתנים להבחין בהם, אך הם מופיעים בעקשנות בכל סערה. מעט ידוע על הטבע הפיזי של התופעה; ברור ויזואלית שכיוון הברק עולה מהענן. הפרשות מופיעות בגובה של 52-135 ק"מ מעל פני הקרקע.
זרניצי בשמיים
הבזקים נוצצים מיידיים מופיעים באופק כאשר סופות רעמים חולפות באזורים מרוחקים. קול הרעם אינו נשמע, רק ההשתקפות מענני גשם וענני צמרות (צמרות) נקבעת ויזואלית. ההשפעה מתרחשת לאחר אמצע הקיץ בשעת בין ערביים או בלילה. באזורים הטרופיים, הברק נראה לא רק באופק, אלא גם בשמים שמעל לראשו של הצופה.
הסיבות להופעה נקראות כדלקמן:
- האור משתקף מהאדים הנדירים באטמוספירה, שאינם נראים במבט מפני השטח של כדור הארץ. ניצוצות ארוכי טווח משתקפים מחלקיקי המים הקטנים ביותר ונראים למרחקים רחוקים.
- לפעמים מתרחשות התלקחויות מתחת לעננים הנראים למרחק רב. קווי המתאר שלהם הופכים לרקע לברק. נראים השתקפויות של ברק, אך לא ניתן לשמוע רעמים בגלל המרחק הרב.
- לא ניתן לסווג סופות רעמים יבשות כברק, אך הן דומות בהדמיה. כאשר התופעה מתרחשת, פריקות סופות רעמים מתרחשות בעננים שקופים ובלתי ניתנים להבחנה, ליתר דיוק, באד נדיר מאוד, בעוד שאין ליווי קול.
גורמי סכנה
בעננים, חלקיקים נמצאים בצורה של אדים, נוזלים או גבישים. הם נכנסים לאטמוספירה לאחר אידוי ממאגרי מים. בשל העובדה ששטף הפרוטונים הכולל מופנה מחלקיקים גדולים לקטנים, טיפות גדולות טעונות שלילי, וקטנות - עם קוטב חיובי.
ברק מוכר כגורם מסוכן בעל עוצמה גבוהה. פגיעות ישירות הורסות מבנים, מבנים, סלעים גבוהים, נטיעות, גורמות לשריפות ופיצוצים בלתי צפויים, לפעמים מובילות למותם של יצורים חיים ואנשים. בנתיב הברק באובייקט, הנוזל הופך באופן מיידי לקיטור עם מחווני לחץ גבוה. הפעולה המזיקה מחולקת לסוגים:
- ראשוני - כתוצאה מהרס ישיר של חפץ או חפץ;
- משני מרמז על התרחשות של אינדוקציה גבוהה, שדות חשמליים ומגנטיים רבי עוצמה או העברת פוטנציאלים גבוהים לתוך מבנים.
המטען האלקטרוסטטי של ענן סופת רעמים מעביר את הזרם ההפוך למטרה המבודדת מפני הקרקע (ציוד פנימי, גגות מתכת, חוטים, רשתות רדיו). פוטנציאל צריכת האנרגיה נשאר לאחר סיום הפגיעה ונרגע על עצמים קרובים. הוא מצית חומרים דליקים, פועל על חומרי נפץ ופוצע אנשים הנוגעים בחפצים טעונים.
הגנת פוטנציאל ואינדוקציה
רמת ההגנה של חפץ תלויה בסכנת הפיצוץ של מבנים ומסופקת על ידי עיצוב המכשיר. הסכנה של מבנים מתבצעת בהתאם לנורמות של PUE, יש שלוש קבוצות של ציוד הגנה מפני ברקים ושני סוגים של אזורים (A ו-B). עבור אזורים A, נדרש ליירט 99.6% מהברקים, ובטריטוריה B מונעים 95% מהפרשות שמימיות חזקות.
אינדוקציה אלקטרומגנטית נכנסת לבניין לאחר פגיעה בכבל, חוט מבחוץ. ההגנה מתבצעת על ידי פריקת מטענים לקרקע. לשם כך, ציוד מתכת פנימי מחובר לאדמה עם רמת חלוקת זרם מוגדרת.
גשרים ממוקמים בין צינורות ותקשורת מתכת ארוכה אחרת במקומות הגישה הטכנולוגית שלהם. הם מפיצים ומספקים זרימה אחידה של הזרם המושרה מבלי ליצור מטענים למעגל הסמוך. מחסומים מסופקים כל 20 מ'.
מניעת הסחף של פוטנציאלים בעלי שיעורים גבוהים בתוך המבנים מאורגנת על ידי הפניית הזרם לאזור הקרקע שמחוץ למבנה. לשם כך, הכניסה של חוטים, כבלים ותקשורת לחדר מחוברת למכשיר מגן או מחוברת ללולאת הארקה בתכנון מתקן ההפצה.
ברזי ברק
מוטות ברק בנויים כדי לקבל זרם מדחפי אנרגיה של סופות רעמים ולארגן אותו כדי לנקז אותו למקום בטוח על הקרקע. מוטות אנכיים הממוקמים בנפרד עם כבלים מותקנים להגנה. האפשרות השנייה היא הברזים הניתנים באובייקט המוגן עצמו, אך מבודדים מהעברת חשמל לרשתות פנימיות ותקשורת מתכת.
העיצוב של שקע ברק הממוקם בנפרד כולל את האלמנטים המבניים הבאים:
-
בסיס (תמיכה) בגובה של עד 22-25 מטר, החומר הוא עץ, מתכת, בטון או בטון מזוין; - מקלט של פולסים חזקים של אנרגיה עשוי פלדה, חתך הרוחב שלה לא צריך להיות פחות מ 100 מ"מ;
- מוליך למטה עם שטח חתך של יותר מ-48 מ"מ;
- לולאת אדמה.
לפיכך, חגורה מופיעה בצורה של חרוט נפחי, שהנקודה הגבוהה ביותר שלו נמצאת בחלק העליון של מוט אנכי מתכתי. היקף בסיס החרוט ממוקם בגובה האדמה; קוטרו תלוי בגובה לוכד הברקים.
אפשרות הגנה נוספת מספקת התקנה של רכיבי מוט הממוקמים בנפרד שאינם מבודדים מחלקי המתכת של האובייקט. אלה יכולים להיות חבלים או מוטות, בעוד פריקת החשמל המושרה מאורגנת על ידי בידוד ממגע עם בני אדם וחפצים נפיצים.
דוגמה לכך היא קליטת פולסים על כיסוי גג מתכת או על סורג פלדה עליו. תנאי מוקדם הוא ניקוז פוטנציאל האנרגיה אל הקרקע ללא מגע עם מכשירי חשמל ומתקנים ביתיים.
מותר בצורת מוליכים למטה להשתמש באלמנטים מתכתיים של מסגרת הבניין או במדרגות חירום של פינוי חיצוני על הקירות. במקרה זה מחושבים האינדיקטורים של התנגדות דחפים, שהערכים המגבילים שלהם מתואמים עם אינדיקטורים סטנדרטיים מיוחדים.
