A
cím alapján azt hihetnénk (joggal),hogy ez megint
csak egy újabb számunkra ismeretlen fizikai jelenség,de
valójában nagyon is hétköznapi, s gyakrabban
találkozunk vele mint azt elsõre gondolnánk.A következö
történetekben olyan fényjelenségekkel találkozunk
- legyen az gömbvillám,"St Elmo tüze"- amelyek mind a
minket állandóan körülvevõ elektromos tér
bizonyos feltöltõdésének eredményeképp
jönnek létre.
U. János, Budapest
Az 1970-es években
három kollégámmal a Balatonon vitorláztunk.
A hajónak fémteste volt, és a kötelek helyett
vékony acélsodronyokat használtunk. Az egyik nap hirtelen
vihar kerekedett, és a nagy égzengésben egy villám
a hajónk árbocába csapott bele. Onnan igen gyorsan
egy fehér gömb gurult le azon a fémsodronyon, amelyik
a háromszög alakú vitorla vízszintes rúdját
tartotta. Gyorsan végigszaladt ezen a huzalon majd a vízszintes
vitorlarúd végérõl a vízbe ugrott, és
ott egy dörrenéssel eltûnt.
Dr. K Éva, Budapest
Az esetet, melyet fizikatanárom
mesélt el, 1940-ben látták a Karcag környéki
tanyavilágban, ahol tanárom egy kis tanyasi iskolában
tanult. A kérdéses napon verõfényes volt az
ég, igen meleg, fülledt idõ volt. Ezért az összes
ablakot és ajtót kinyitották. De a levegõ nem
mozdult. Az iskola mellett lévõ öreg fa levelei petyhüdten
lógtak. A távolban azonban mennydörgés hallatszott.
Egyszer csak a tornác felõli ajtón másfél
méter magasságban egy futball-labdányi, narancssárga
gömb lebegett be az osztályterembe. Megállt a katedra
elõtt, néhány másodpercig a tanár elõtt
tartózkodott, aki szinte megdermedt az ijedségtõl,
s szólni sem mert, hogy a gyerekek bukjanak le a pad alá,
vagy más módon óvják magukat. Így a
gyerekek végig jól látták a különös
jelenséget. Pár másodperc múlva, mintha csak
meggondolta volna magát a gömb, a katedrától
elfordulva lassan végiglebegett a két padsor között,
és az utolsó ablakon keresztül távozott. Rövid
idõre eltûnt a szemük elõl, majd egy közepesen
erõs csattanáshoz hasonló hangot és gyenge
sistergést hallottak. Tanáruk mondta, hogy amit láttak,
gömbvillám volt. Kitódultak az udvarra. Az elõzõleg
vízzel színültig tele beton víztároló
gyûrû teljesen üres volt, de egyébként sértetlen.
Az öreg fa levelei izzani látszottak. Az egészet különös
fény ragyogta be. Az állatok a gazdasági épületekben
igen nyugtalanok voltak. Az eset jól mutatja a gömbvillám
magas belsõ energiatartalmát. A faleveleken látszó
fényjelenséget a szétszóródó
elektromos töltés miatti kisülés, az úgynevezett
"Szent
Elmo tüze" okozhatta.A kisülés áramtartománya
is rendkívül nagy, nanoampertõl a több ezer amperig
terjed. A két szélsõ határ a villám
(több ezer A) és a korona kisülés. (Szent Elmo
tüze.) Mindkettõ normál légnyomáson jön
létre.
A jelenség fizikai
magyarázata
Életünk villamos térben
zajlik, mivel a légkör felsõ rétegében
elhelyezkedõ, pozitív töltéseket tartalmazó
ionoszféra és a föld között állandó
villamos tér van jelen. Az ennek következtében a környezetünkben
jelen lévõ statikus villamos tér a föld felszínén
100-200 V/m körüli térerõsségû.Szintén
a statikus villamos tér okozza a részleges kisüléseket
is, amelyek akkor jönnek létre, ha valamely, töltéssel
rendelkezõ tárgy közelében a nagy térerõsség
miatt a levegõ vezetõvé válik, de a távolban
elhelyezkedõ vezetõ tárgyak felé a térerõsség
már kisebb és így azokig nem alakul ki vezetõ
csatorna. Ilyen részleges kisülés például
a tengerészek által ismert szent Elmo tüze, ami a hajók
árbócának csúcsánál alakul ki.Gyakrabban
tapasztaljuk a jelenséget nagyfeszültségû távvezetékek
alatt elhaladva, ahol, különösen párás idõben,
a periodikusan fellépõ koronakisülés
hanghatását, zúgását tapasztalhatjuk.
A koronakisülés ekkor a feszültség abszolút
csúcsértékéhez közeli idõpontokban
lép fel.A hangjelenség alapharmónikus frekvenciája,100Hz.
A koronakisülés
A koronakisülés részleges
kisülés, tehát nem terjed ki a két elektróda
közötti teljes távolságra. Fõleg erõsen
inhomogén térben, nagy térerõsségû
villamos térrel körülvett csúcsok közelében
alakul ki. A koronakisülés név többféle
fizikai folyamat gyûjtõ elnevezése.Koronakisülés
akkor alakul ki, ha valamely csúcs közelében a villamos
térerõsség olyan nagy értékû,
hogy a gázban jelen lévõ kis számú töltéshordozó
a tér erõhatása révén gyorsulva akkora
mozgási energiára tesz szert a két ütközése
közötti, rendelkezésre álló, szabad úthosszon,
amely a semleges gázmolekulákkal való ütközéskor
azok ionizációját idézi elõ. Az így
keletkezett szabad elektronok újabb semleges részecskékkel
ütközve további elektronokat szabadítanak fel ionizáció
révén, és így kialakul az elektronlavina. A
csúcs közelében tehát töltéshordozókból
álló vezetõ csatorna alakul ki. A vezetõ csatorna
nem terjed ki azonban a másik elektródig, mert a csúcstól
távolodva a villamos térerõsség egyre kisebb,
végül nem következik be az ütközésekkor
ionizáció. A koronakisülést a csúcshatáshoz
hasonlóan villamos szél kíséri.
Az Amerikai Tudományos
Intézet fizikai tanszékének egyik munkatársának
angol leírata:
St. Elmo's Fire is a type of continuous
electric spark called a "glow discharge." You've seen it many times before,since
it is almost exactly the same as the glows found inside fluorescent tubes,
mercury vapor streetlights, old orange-display calculators and in "eye
of the storm" plasma globes. When it occurs naturally, we call it St. Elmo's
Fire, but when it occurs inside a glass tube, we call it a neon sign.
St. Elmo's Fire and normal
sparks both can appear when high electrical voltage affects a gas. St.
Elmo's fire is seen during thunderstorms when the ground below the storm
is electrically charged, and there is high voltage in the air between the
cloud and the ground. The voltage tears apart the air molecules and the
gas begins to glow. It takes about 30,000 volts per centimeter of
space to start a St. Elmo's fire (although sharp points can trigger it
at somewhat lower voltage levels.) St. Elmo's Fire is plasma. A normal
gas is composed of molecules. The molecules are composed of atoms, which
in turn are composed of electrons and clusters of proton particles. If
the electric force applied to each bit of gas is greater than a certain
level of voltage, it causes the electrons and protons of the gas molecules
to be pulled away from each other. High voltage transforms the gas into
a glowing mixture of separate proton clusters and electrons. We call this
mixture of particles by the name "plasma," and it is conductive. It also
fluoresces with light. The color of the glow depends on the type of gas
involved. If we lived in an atmosphere of neon gas, then St Elmo's fire
would be red/orange, and lightning would be white with orange edges. Our
atmosphere is nitrogen and oxygen, and this mixture glows blue/violet when
exposed to high voltage fields. If a neon sign tube was filled with nitrogen/oxygen
instead of neon, it would light up blue/violet rather than red/orange.
Is this phenomenon related to ball lightning? No one knows, because no
one knows what ball lightning is, and it might not be a spark at
all. St. Elmo's fire is sometimes mistaken for ball lightning. Among other
differences, ball lightning can drift around like a soap bubble,
while St. Elmo's Fire always remains attached to an object. Air is a good
electric insulator. However, if an electric field at the end of a metal
rod is strong, air molecules in its vicinity are ionized and charges stream
off the end of the rod. Since an electric field is intensified in regions
of high curvature, discharges are intensified at the end of pointed metal
rods. These "corona discharges" give a faint light that is visible in the
dark. St. Elmo's fire is an example of a continuous corona discharge. It
is not a form of lightning. The luminous glow of St. Elmo's fire is sometimes
observed at night from the tops of ships' masts when electrified clouds
are overhead. The mast appears to be on fire but does not burn. St.
Elmo's' fire tends to occur toward the end of a thunderstorm. Mariners
have traditionally interpreted it as a good omen.
St. Elmo's fire is a brushlike
or treelike electrical discharge around an object in the atmosphere, often
accompanied by a bluish glow and a hissing, crackling noise. St. Elmo's
fire requires a large difference in electrical charge between the object
and the surrounding air and ismost commonly seen around pointed objects
in high terrain in disturbed weather conditions. St. Elmo's fire is also
referred to as a brush discharge, a point discharge, a form of coronal
discharge and even "the corposant," meaning thesaint's body. That is because
ship masts are a very likely site for such discharges, and medieval Mediterranean
sailors took St. Elmo's fire as a sign ofthe presence of their patron saint,
St. Elmo, Ermo or Erasmus, a fourth-century Italian bishop and martyr.
Linkek:http://www.ett.bme.hu/elftvacuum/pub/wplazma/plaz123.html
http://vili.pmmf.hu/jegyzet/elektrom/tartalomj1.htm