Fizikai trenkia auksu, išspręsdami 50 metų žaibo paslaptį


Ar žinojote: žaibas gali trenkti į tą pačią vietą kelis kartus? Pavyzdžiui, pranešama, kad į Empire State Building žaibas trenkia maždaug 23 kartus per metus. Kreditas: Pixabay / CC0 viešasis domenas

Tikimybė, kad jus nutrenks žaibas, yra mažesnė nei viena iš milijono, tačiau šį mėnesį ši tikimybė gerokai sumažėjo, kai savaitgalį, lapkričio 12–13 d., kiekvienoje Australijos valstijoje ir teritorijoje buvo užfiksuota daugiau nei 4,2 mln.

Turint omenyje, kad kiekvienas apšvietimo smūgis nukeliauja daugiau nei 320 000 kilometrų per valandą greičiu, tai yra didžiulis elektros energijos kiekis.

Ar kada susimąstėte apie žaibą? Pastaruosius 50 metų mokslininkai visame pasaulyje diskutavo, kodėl žaibas zigzaguoja ir kaip jis susijęs su griaustinio debesimi aukščiau.

Iki šiol nebuvo galutinio paaiškinimo, kai Pietų Australijos universiteto plazmos fizikas paskelbė reikšmingą dokumentą, kuris išsprendžia abi paslaptis.

Dr. Johnas Lowke’as, buvęs CSIRO mokslininkas, o dabar UniSA pagalbinis tyrimų profesorius, sako, kad žaibo fizika dešimtmečius trikdė geriausius mokslo protus.

„Yra keli žaibo vadovėliai, tačiau nė vienas nepaaiškino, kaip susidaro zigzagai (vadinami laipteliais), kodėl elektrai laidus stulpelis, jungiantis žingsnius su debesimi, išlieka tamsus ir kaip žaibas gali nukeliauti kilometrus“, – sakė dr. Lowke. sako.

Atsakymas? Singlet-delta metastabilios deguonies molekulės.

Iš esmės žaibas įvyksta tada, kai elektronai patenka į deguonies molekules, turinčias pakankamai energijos, kad sukurtų didelės energijos vienetines delta deguonies molekules. Susidūrę su molekulėmis, „atsiskyrę“ elektronai sudaro labai laidų pakopą – iš pradžių šviesią –, kuri perskirsto elektrinis laukassukeliantys nuoseklius veiksmus.

Laidi kolonėlė, jungianti žingsnį su debesiu, lieka tamsi, kai elektronai prisijungia prie neutralios deguonies molekulespo to iš karto elektronai atsiskiria vienetinėmis delta molekulėmis.

Kodėl tai svarbu?

„Turime suprasti, kaip inicijuojamas žaibas, kad galėtume išsiaiškinti, kaip geriau apsaugoti pastatus, lėktuvus, dangoraižius, vertingas bažnyčias ir žmones“, – sako dr. Lowke.

Nors retai žaibas nukenčia žmones, pastatai nukenčia daug kartų, ypač aukšti ir izoliuoti (į Empire State Building kasmet nukenčia apie 25 kartus).

Sprendimas apsaugoti konstrukcijas nuo žaibo trenkia išliko toks pat šimtus metų.

1752 m. Benjamino Franklino išrastas žaibolaidis iš esmės yra stora tvoros viela, pritvirtinta prie pastato viršaus ir sujungta su žeme. Jis skirtas pritraukti žaibus ir įžeminti elektros krūvisišgelbėdamas pastatą nuo apgadinimo.

„Šių Franklino strypų šiandien reikia visiems pastatams ir bažnyčioms, tačiau neaišku, kiek jų reikia ant kiekvienos konstrukcijos“, – sako dr. Lowke.

Taip pat yra šimtai konstrukcijų, kurios šiuo metu nesaugomos, įskaitant pastoges parkuose, dažnai pagamintas iš cinkuotos geležies ir paremtas mediniais stulpais.

Tai gali pasikeisti naujais Australijos apsaugos nuo žaibo standartais, kuriuose rekomenduojama šiuos stogus įžeminti. Dr. Lowke buvo Australijos standartų komiteto narys, kuris rekomendavo šį pakeitimą.

„Dėl klimato kaitos sukeltų ekstremalių oro reiškinių dabar labai svarbu gerinti apsaugą nuo žaibo. Be to, tobulėjant aplinkai nekenksmingų kompozitinių medžiagų kūrimui orlaiviuose. kuro efektyvumasšios medžiagos žymiai padidina žaibo padarytos žalos riziką, todėl turime pažvelgti į papildomas apsaugos priemones.

„Kuo daugiau žinosime apie tai, kaip vyksta žaibas, tuo geriau būsime informuoti kurdami savo pastatytą aplinką“, – sako dr. Lowke.

Straipsnyje „Įžengtų lyderių teorijos link žaibas“ yra paskelbtas Fizikos žurnalas D: Taikomoji fizika. Jo autoriai dr. Johnas Lowke’as ir dr. Endre Szili iš Pietų Australijos universiteto Future Industries Institute.

Daugiau informacijos:
Johnas J. Lowke’as ir kt., Žaibo „pakopinių lyderių“ teorijos link, Fizikos žurnalas D: Taikomoji fizika (2022). DOI: 10.1088/1361-6463/aca103

Citata: Fizikai trenkia į auksą, išspręsdami 50 metų žaibo paslaptį (2022 m., lapkričio 24 d.), gautą 2022 m. lapkričio 24 d. iš https://phys.org/news/2022-11-physicists-gold-year-lightning-mystery.html

Šis dokumentas yra saugomas autorių teisių. Išskyrus bet kokius sąžiningus sandorius privačių studijų ar mokslinių tyrimų tikslais, jokia dalis negali būti atkuriama be raštiško leidimo. Turinys pateikiamas tik informaciniais tikslais.