تحقیق و مقاله در مورد رعد و برق

تحقیق و مقاله درباره رعد و برق

رعد و برق

آذرخش چیست؟

آذرخش الکتریسیته است. برق در جریانات هوایی بالا و پایین قوی داخل ابرهای کومولونیمبوس* تاریک شکل می گیرد. در این شرایط قطرات آب، تگرگ و کریستال های یخ با یکدیگر برخورد می کنند. دانشمندان عقیده دارند که این برخوردها بارهای الکتریکی را در ابر به وجود می آورد. بارهای الکتریکی منفی و مثبت در ابر از یکدیگر جدا می شوند. بارهای منفی به بخش پایین تر ابر سقوط می کنند و بارهای مثبت در بخش های میانی و بالاتر می مانند. موقعی که اختلاف بارها به قدر کافی بزرگ می شود، یک جریان الکتریسیته از ابر به پایین و به زمین جریان پیدا می کند یا از یک بخش ابر به بخش دیگر یا از یک ابر به ابر دیگر جریان می یابد.

و ...

رعد و برق

آذرخش چیست؟

آذرخش الکتریسیته است. برق در جریانات هوایی بالا و پایین قوی داخل ابرهای کومولونیمبوس* تاریک شکل می گیرد. در این شرایط قطرات آب، تگرگ و کریستال های یخ با یکدیگر برخورد می کنند. دانشمندان عقیده دارند که این برخوردها بارهای الکتریکی را در ابر به وجود می آورد. بارهای الکتریکی منفی و مثبت در ابر از یکدیگر جدا می شوند. بارهای منفی به بخش پایین تر ابر سقوط می کنند و بارهای مثبت در بخش های میانی و بالاتر می مانند. موقعی که اختلاف بارها به قدر کافی بزرگ می شود، یک جریان الکتریسیته از ابر به پایین و به زمین جریان پیدا می کند یا از یک بخش ابر به بخش دیگر یا از یک ابر به ابر دیگر جریان می یابد.

در یک نمونه آذرخش، بارهای منفی جریان رو به پایین دارند و موقعی که بارهای مثبت هم از روی زمین رو به بالا خیز برمی دارند تا به آنها برخورد کنند، مسیر رو به پایین برای بارهای منفی ناهموار می شود و بنابراین ناگهان آسمان با یک برق آذرخش درخشان روشن می شود. به خاطر همین، چشمان ما به اشتباه می بیند که برق از ابر پایین می آید، درحالی که واقعیت این است که نور از زمین به بالا سفر می کند. در بعضی از موارد، بارهای مثبت از توفان های رعد و برقی شدید یا از سندان* که درست در نوک یک ابر توفانی رعد و برق دار است به زمین می آید. فرایند کامل کمتر از یک میلیونیوم یک ثانیه طول می کشد.

رعد و برق
آذرخش یا رعدوبرق یک تخلیه ی الکتریکی شدید و بسیار سریع در هواست و همین تخلیه الکتریکی است که نور و صدا تولید میکند.پیش از ایجاد رعدوبرق ابرها طی فرایندهایی بشدت باردار میشوند که این بار معمولا مثبت است, روی سطح زمین بار منفی القا میکند و به این ترتیب مجموعه ی ابر هوا و زمین به یک خازن بسیار بزرگ تبدیل میشود که لحظه به لحظه بارشان بیشتر میشود و بنابراین اختلاف پتانسیل دو قطب ان در حال افزایش است. بالاخره مقدار این بار الکتریکی انقدر زیاد میشود که اختلاف پتانسیل بین ابر و زمین به ۱۰ تا ۱۰۰ میلیون ولت میرسد. میدان الکتریکی حاصل از چنین اختلاف پتانسیلی میتواند هوا را با اینکه در حالت عادی نارساناست در یک سیر خاص یونیزه و انرا به رسانا تبدیل میکند.به محض اینکه چنین سیری از مولکولهای یونیزه رسانا از ابر تا زمین ایجاد شود بارهای الکتریکی به طرف هم حرکت میکنند و در عرض یک ده هزارم ثانیه جریان وحشتناکی در حدود ۳۰ هزار امپر از هوای یونیزه میگذرد.
اما هر جریانی ضمن عبور از ماده با مقاومت اتمهای ان روبرو میشود و این مقاومت بخشی از انرژی الکتریکی را به گرما تبدیل میکند. با استفاده از اصول اولیه الکترومغناطیس میتوانید تخمین بزنید این جریان در ولتاژ ۱۰ میلیون ولت توان گرمایی در حدود ۱۰۰ میلیارد وات دارد.چنین توانی حتی در مدت زمان ناچیز یک ده هزارم ثانیه میتواند گرمایی در حدود ۱۰ میلیون ژول ایجاد کند این گرما باعث میشود دمای هوا در مسیر اذرخش به ۳۰ هزار درجه سانتی گراد برسد اگر کمی با قوانین حاکم بر گازها اشنایی داشته باشید می بینید که این تغییر ناگهانی دما (از حدود ۳۰۰ کلوین به ۳۰۰ هزار کلوین) حجم هوا را ۱۰۰ برابر میکند و این یعنی یک انفجار واقعی انبساط سریع و شدید هوا یک موج ضربتی shock waveدر هوای اطراف ایجاد میکند که با سرعت صوت و به شکل تندر یا رعد به گوش شما میرسد.
این از بخش صوتی ماجرا,اما گرمای ایجاد شده غیر از انبساط بلاهای دیگری هم سر مولکولهای هوا میاورد.لامپ معمولی را به یاد بیاورید (لامپ نئون مثال بهتریست) یک جریان نه چندان زیاد از رشته تنگستن میگذرد و دمای ان را به بیش از ۲۰۰۰ درجه میرساند .این دما انرژی لازم برای بر انگیختگی اتمهای فلز را فراهم میکند.اتمها بر انگیخته میشوند و در بازگشت انرژی اضافی را به صورت فوتونهای نوری ازاد میکند و به این ترتیب رشته تنگستن روشن میشود.در اذرخش هم چیزی شبیه این ماجرا اتفاق می افتد:جریان شدیدی از هوا میگذرد ان را گرم میکند و به تابش وا میدارد و تابشی که یک مسیر نورانی بین ابر و زمین ایجاد میکند.حالا میتوانید تصور کنید اگر هوا نبود رعدوبرق به چه روزی می افتاد؟

انواع آذرخش:

بعضی از انواع آذرخش ها عبارتند از:

آذرخش داخل ابر: عمومی ترین نوع آذرخش است. این برق بین مراکز بارهای منفی و بارهای مثبت و در داخل توفان های همراه با رعد و برق سفر می کند.

آذرخش ابر به زمین: این برق از یک ابر توفانی همراه با رعد و برق به زمین می رسد.

آذرخش ابر به ابر: یک حادثه نادر است و برقی است که از یک ابر به ابر دیگر سفر می کند.

آذرخش ورقه ای: این برق در داخل یک ابر به وجود می آید و مثل یک ورقه نور می دهد.

آذرخش نواری: این برق موقعی به وجود می آید که از پهلو به یک آذرخش ابر به زمین باد می وزد و آنها به صورت دو آذرخش همانند کنار هم ظاهر می شوند.

آذرخش دانه تسبیحی: همچنین "آذرخش زنجیره ای" نامیده می شود، این موقعی است که آذرخش به صورت قطعه قطعه ظاهر می شود و این به خاطر روشنایی متفاوت یا به خاطر بخش هایی از آذرخش است که به وسیله ابرها پوشانده می شوند.

آذرخش توپی: به ندرت دیده می شود. این نوری به شکل و اندازه میوه گریپفروت است و تنها چند ثانیه به طول می انجامد.

آذرخشی از آسمان آبی: یک برق آذرخش از یک توفان رعد و برقی دوردست است که به نظر می رسد از آسمان آبی شفاف آمده، اما درواقع از سر یا گوشه یک توفان رعد و برقی که چند کیلومتر دورتر است آمده است.

چه چیزی رعد را به وجود می آورد؟

برق های آذرخش بی نهایت داغ و با دمای 30000 تا 50000 درجه فارنهایت هستند. این دما داغ تر از دمای سطح خورشید است! موقعی که آذرخش به وجود می آید، ناگهان هوای اطراف آن هم بی نهایت گرم می شود و در همان آن منبسط می شود و یک موج لرزشی و تکان می فرستد که ما آن را به صورت انفجار صدا می شنویم. این رعد است. اگر شما نزدیک محل اصابت یک آذرخش باشید، صدای رعد را مثل صدای یک زمین لرزه تیز می شنوید. اگر آذرخش دور باشد، صداهای رعد بیشتر شبیه به یک غرش پایین است. مثل انعکاس امواج صدا و طنین صدا در دامنه کوه، ساختمان ها و درختان. بسته به مسیر باد و دما، شما ممکن است صدای رعد را از 15 تا 20 مایلی هم بشنوید.

-تخمین زده می شود که در جهان در هر لحظه دوهزار توفان همراه با رعد و برق به وجود می آید.

-قطر یک آذرخش رها شده در حدود نیم اینچ (هر اینچ 54/2 سانتی متر است) تا یک اینچ است، اما می تواند به پنج اینچ هم برسد. متوسط طول یک آذرخش رها شده از یک ابر تا زمین سه (هر مایل 64/1 کیلومتر است) تا چهار مایل است.

-موقعی که آذرخش به یک ساحل شنی اصابت می کند، گرمای متراکم یک بخش کوچک از شن را به شیشه تبدیل می کند. این قطعات یخی شکل سنگ آذرخش نامیده می شوند.

-یک آذرخش به این خاطر ممکن است به نظر سوسو بزند که در تقریباً همان لحظه چند برق رخ داده.

-نور نه تنها می تواند در توفان های همراه با رعد و برق رخ دهد، بلکه همچنین در توفان های برف، توفان های شن، آتشفشان هایی که رو به بالا منفجر می شوند و در نتیجه انفجارهای هسته ای هم  می تواند رخ دهد.

پارامترهای مشخص کننده آذرخش

بنا بر مشاهدات دراز مدت تخلیه الکتریکی آذرخش با عوامل زیر مشخص می‌شود.

• ولتاژ بین ابر و زمین که حدودا 10⁸ ولت است.
• جریان در آذرخش که حدودا 10⁵ آمپر است.
• مدت آذرخش که حدودا ^6-10 ثانیه است.
• قطر کانال تابان آذرخش که حدودا 10 تا 20 سانتیمتر است.

تندر آذرخش

تندر که بعد از آذرخش شنیده می‌شود، دارای همان منشأ ترق ترقی است که در مدت جرقه در آزمایشگاه بوجود می‌آید. یعنی هوای درون کانال تابان آذرخش به شدت گرم و منبسط می شود و موجهای صوتی ایجاد می‌کند. در نتیجه بازتاب از ابرها ، کوه ها و غیره پژواک غرشهای تندر را اغلب می‌توان شنید.

فواید و برکات رعد و برق

آبیاری

برقها معمولا حرارت فوق العاده زیاد گاه در حدود 15 هزار درجه سانتیگراد تولید می‌کنند و این حرارت کافی است که مقدار زیادی از هوای اطراف را بسوزاند و در نتیجه فشار هوا فورا کم شود و می‌دانیم در فشار کم ، ابرها می‌بارند و به همین دلیل غالبا بعد از جهش برق رگبارهایی شروع می‌شود و دانه‌های درشت باران فرو می ریزند. از اینرو برق در واقع یکی از وظایفش آبیاری است.

سمپاشی

هنگامی که برق با آن حرارتش آشکار می‌شود، قطرات باران با مقداری اکسیژن اضافی ترکیب می‌شوند و آب سنگین یعنی آب اکسیژنه ایجاد می‌کنند و هنگام بارش تخم آفت و بیماریهای گیاهی را از میان می‌برد و در واقع عمل سمپاشی انجام می‌دهد. هر سال که رعد و رق کم باشد آفات گیاهی بیشتر است!

تغذیه و کود رسانی

قطرات باران بر اثر برق و حرارت شدید ، ترکیب اسید کربنی پیدا می‌کنند و به هنگام پاشیده شدن بر زمین و ترکیب با آن یک نوع کود مؤثر گیاهی می‌سازند و گیاهان از این طریق تغذیه می‌شوند. بعضی از دانشمندان گفته‌اند مقدار کودی که در یک سال از مجموع برقهای آسمان در کره زمین بوجود می‌آید دهها میلیون تن است، که رقم فوق العاده بالایی می‌باشد.

 کلمات:

 کومولونیمبوس: نامی برای یک ابر بلند تاریک و توفانی همراه با رعد و برق که از ترکیب کلمات لاتین کومولوس به معنی توده و نیمبوس به معنی توفان همراه باران به وجود آمده است.

سندان: اصطلاحاً نوک یک ابر کومولونیمبوس "سندان" نامیده می شود.  زیرا که نوک این ابر شبیه به یک سندان است که آهنگر و کارگران آهنگری به آن چکش یا پتک می زنند تا فلز را خم کنند.