صاعقه

تعداد بازدید: 627

1- صاعقه

همه چیز از تابش خورشید به زمین شروع می‌شود . خورشید آب‌های سطحی را تبخیر کرده و به ابر تبدیل می‌کند . بادها ابرها را به حرکت در می‌آورند . ابرها در مسیر حرکت خود بار دار شده و در صورت نزدیکی به زمین صاعقه را بوجود می آورد . شايد بتوان صاعقه را جزء اولين پديده هاي هواشناسي دانست كه توجه انسان را به خود جلب نموده است . صاعقه به عنوان يك تخليه الكتريكي پر انرژي بين ابرهاي باردار و زمين ، مي تواند علاوه بر تلفات جاني ، بطور مستقيم و يا غير مستقيم باعث اختلال و صدمات شديد در تجهيزات و ادوات شبكه هاي قدرت شود . اين پديده مي تواند بصورت پيدايش « اضافه ولتاژ » و يا « ميدانهاي شديد مغناطيسي » بر روي تجهيزات و يا جانداران اثر كرده و باعث خسارات جاني و مالي هنگفت گردد . آمار ساليانه خسارات ناشي از صاعقه ، نمايانگر اهميت قدرت تخريبي اين پديده طبيعي مي باشد . نوري خيره كننده و صدايي مهيب و كوبنده ! ؛ معمولا اينها تنها شاخصه هايي هستند كه ما از آذرخش (صاعقه) مي شناسيم. نامهايي كه ساكنان مناطق مختلف روي اين پديده گذاشته اند نيز اغلب بر گرفته از همين دو ويژگي آذرخش (صاعقه) است ؛ شيرازي ها مي گويند " غّره تراق "، تهراني ها "رعد و برق " ، افغاني ها "تانا " و اروپاييان " تندر" صدايش مي كنند. به تخلیه ی بار الکتریکی بین ابر و زمین آذرخش (صاعقه) می گویند و تخلیه ی بار الکتریکی بین دو ابر را رعد و برق می گویند . رعد و برق معمولا توسط ابرهای کومولونیمبوس ایجاد می شود که در ارتفاع 1-15 کیلومتری از سطح زمین تولید می شوند . بر اثر برخورد ابرهای دارای بارهای غیر همنام ، واکنش های الکتریکی شدیدی به صورت نور و صدای شدید به نام صاعقه یا رعد و برق تولید می‎گردد که جزو پدیده های متداول طبیعت است , در هر لحظه 1700 توفان الکتریکی در سراسر دنیا اتفاق می افتد که باعث ایجاد 100 صاعقه در هر ثانیه می شود که به معنای 7 الی 8 میلیون صاعقه در طول شبانه روز است . 90 درصد صاعقه ها بین ابرها اتفاق می افتد . این صاعقه ها اکثرا در زمان وقوع طوفان ها تشکیل می شوند . که میانگین مدت زمان آن 30μs است . از فاکتورهای موثر در فرکانس توزیع و قدرت و ویژگی های فیزیکی یک صاعقه معمولی در یک منطقه خاص از دنیا : - ارتفاع زمین - عرض جغرافیایی - جریان باد غالب - رطوبت نسبی - نزدیکی به آب سرد و گرم وقتي در منطقه اي آذرخش (صاعقه) روي مي دهد ، اين احتمال هست كه آذرخش (صاعقه) چندين بار ديگر نيز به آن حوالي برخورد كند اما نمي توان تعداد دقيق آن را تعيين كرد . با اين وجود مي توان گفت در مناطق كويري و كوهستان هاي مرتفع ، احتمال برخورد پي در پي آذرخش (صاعقه) بيش از ديگر مناطق است . همچنين برخي از نقاط كره زمين ، آذرخش (صاعقه) خيز تر از جاهاي ديگر هستند . ولتاژ آذرخش (صاعقه) معمولا بين 10 تا 20 ميليون ولت در نوسان است و بعضا تا 100.000.000 ولت هم افزايش پيدا مي كند . صاعقه جریانی در حدود 10.000 آمپر شدت دارد . اما اين مقدار هميشگي نيست و گاه تا 200 هزار آمپر هم مي رسد و به طور معمول حدود 100 ميليارد وات(!) انرژي توليد مي كند و مي تواند اين مقدار را تا 16000 ميليارد وات (!) نيز بالا ببرد . نيرويي كه در هيچ كجاي ديگر يافت نمي شود . انواع توزیع بار در ابر ابرها به علت مالش با هوا یا القاى الکتریکى ، داراى بار مثبت یا منفى مى شوند . در بیشتر موارد ، قسمت پایین ابر (نزدیک زمین)داراى بار منفى و قسمت بالای آن داراى بار مثبت مى شود. اگر دو ابر چنان به هم نزدیک شوند که قسمت هایى از آنها که داراى بارهاى ناهمنام است ، نزدیک هم قرار گیرد امکان تخلیه الکتریکى (شارش ناگهانى بارهاى الکتریکى) بین دو ابر وجود دارد، که معمولا ، با جرقه هاى بزرگ ، تولید گرما و صدا همراه است. تخلیه الکتریکى مى تواند به صورت دیگر ى نیز رخ دهد. ابرهاى طوفانى مى توانند با حرکت در مجاورت سطح زمین در آن بار القایی ایجاد کنند . در این حالت امکان تخلیه الکتریکی بین ابر و زمین وجود دارد و مى تواند موجب آتش سوزى شود . قدرت میدان مورد نیاز برای تولید و تشکیل برق , بستگی به توانایی عایقی هوا که بین kv⁄cm 0.5 - kv⁄cm 1.5 است دارد . انواع توزیع بار در ابر: - مثبت در بالا , منفی در میانه , بار مثبت در پایین . - بارهای مثبت می توانند منطقه ای نزدیک به زمین پیدا کنند .

2-2- رنگهای صاعقه

صاعقه ها که می توانند رنگ های رنگین کمان را شامل شوند که این رنگ ها حاشیه ای بر رنگ سفید مرکزی هستند . این رنگها معمولاً شامل رنگ های آبی ، زرد و بنفش هستند . رنگ صاعقه میزان حرارت آنرا تعیین می کند . بنفش خنک ترین و سرخ داغترین رعدوبرق ها هستند . اما رنگ صاعقه به عوامل محیطی نیز بستگی دارد : بروز صاعقه آبی به معنی شرایط رگبار و تگرگ است .بروز صاعقه قرمز به معنی بارش باران است . بروز صاعقه زرد به معنی وجود گرد و غبار زیاد در هوا است . بروز صاعقه سفید به معنی خشکی و عدم رطوبت هواست و اغلب باعث آتش سوزی در جنگل ها می شود .

2-1- صاعقه داغ و سرد

اکثر صاعقه ها در بازه زمانی در حدود چند میلی ثانیه اتفاق می افتند اما گاهی در طی یک یا چند صاعقه پی در پی ، جریان پیوسته ای در حدود 100 آمپر تامین می گردد . این نوع از صاعقه ها را اصطلاحا صاعقه داغ می شناسند که اغلب باعث آتش سوزی هایی می گردد . اختلاف حرارت ناشی از صاعقه ها ی گرم و سرد ، از 8.300 تا 33000 درجه سانتیگراد متغیر است . این جریان پیوسته ، سالانه باعث بیش از 10 هزار آتش سوزی در ایالات متحده می گردد .

6-2- اضافه ولتاژ

اضافه ولتاژ به وجود آمده ممکن است دو عامل داشته باشد : عامل بيروني : که بيرون از شبکه قدرت وجود دارد مثل صاعقه و رعد و برق . عامل داخلي : که در اثر اختلالات در شبکه و موارد ديگر نظير سويچينگ ، رزونانس در شبکه و يا غيره ممکن است پيش بيايد . صاعقه از سه طریق می تواند موجب بروز اضافه ولتاژ در سیستم های الکتریکی شود . - اتصال مقاومتی : ناشی از افزایش پتانسیل زمین است که هنگام وقوع صاعقه بوقوع می پیوندد . این امر باعث می شود بخشی از جریان صاعقه از طریق هادی های ورودی /خروجی به ساختمان های دیگر منتقل شود . - اتصال سلفی : ناشی از عبور جریان صاعقه از یک هادی و یا از کانال تخلیه است که باعث ایجاد یک میدان شدید مغناطیسی می شود . در آن ولتاژی معادل چند ده کیلو ولت القا می شود . - اتصال خازنی : صاعقه در نزدیکی نقطه تخلیه یک میدان شدید الکتریکی ایجاد می کند . که در این شرایط کابل ها و هادی ها مثل صفحات خازن در نظر گرفته می شوند و هوا نیز مانند عایق دی الکتریک آن ها عمل می کند .

4-2- برق زميني (ولتاژ گام)

برق زميني يا " ولتاژ گام " يكي ديگر از عواقب خطرناك آذرخش (صاعقه) است ؛ برق زميني ، جرياني است كه پس از وقوع صاعقه ، براي لحظاتي در زمين باقي مي ماند تا جذب زمين شده يا تبديل به گرما شود . ولتاژ گام در زمين حركت مي كند اما مسير حركت مشخصي ندارد . معمولا قسمت عمده برق زميني در اعماق فرو مي رود اما اگر سطح زمين مرطوب ، داراي بستر سنگي يا پوشيده از خاك مناسب يا علفزار باشد ، ترجيح مي دهد كه روي سطح زمين و در جهات مختلف ، حركت كند . اين پديده را ولتاژ گام مي نامند زيرا با وارد كردن برق از راه گامهاي شخص ( پاهاي او ) ، باعث برق گرفتگي او مي شود . ولتاژ گام تا شعاع چندين متر در اطراف محل اصابت آذرخش (صاعقه) پراكنده شده و اشخاصي كه در مسير حركت او قرار گرفته باشند را دچار برق گرفتگي مي كند .اينكه ولتاژ گام دقيقا چقدر برد دارد قابل محاسبه نيست و به ميزان رسانايي خاك آن محل بستگي دارد ولي به ندرت ديده شده برق زميني بيشتر از 100 متر در سطح زمين پيش برود . ولتاژ گام مختص آذرخش (صاعقه) نيست و در حوادث صنعت برق مانند افتادن كابل هاي فشار قوي برق بر روي زمين نيز ايجاد مي شود . البته به طور حتم ولتاژ گام ناشي از صاعقه بسيار قوي تر است .

3-2- تولید گاز اوزون

شايد يكي از عجيب ترين پيامدهاي آذرخش (صاعقه) ، توليد گاز باشد و بيشتر تعجب مي كنيد وقتي كه بدانيد اين گاز " اوزون " است. همان گازي كه با قرار گرفتن در لايه هاي بالايي جو ، سدي در برابر تشعشعات زيان بار كيهاني ايجاد مي كند . "اوزون" در حقيقت همان اكسيژن است ولي به جاي 2 اتم ، داراي 3 اتم اكسيژن است . مولكول اكسيژن به علت مشكلات پيوندي نمي تواند به راحتي به صورت 3 اتمي در ايد و به همين دليل مقدار گاز اوزون در طبيعت بسيار محدود است اما صاعقه اين كار را به زور و اجبار انجام مي دهد و اتم هاي اكسيژن را سه به سه به هم پيوند مي زند و " اوزون " توليد مي كند . اوزون بر خلاف اكسيژن يك گاز سمي است و تنفس آن مي تواند خطرناك باشد .

1-2- صدا

صدا از پیامدهای همیشگی صاعقه است . این صدا براثر شکافته شدن هوا ایجاد می شود . هر چند صدا و نور صاعقه همزمان تولید می شوند اما ما اول نور صاعقه می بینیم بعد صدای آن را می شنویم . (و این امر به دلیل کمتر بودن سرعت صوت از سرعت نور است .(سرعت نور: 300 هزار كيلومتر بر ثانيه و سرعت صوت ۳۳۰ متر بر ثانيه است.))

7-2- شعاع تاثیرگذاری

از دیگر موارد قابل اشاره می توان به شعاع تاثیرگذاری مفناطیسی صاعقه که در حدود 1.5 کیلومتر بیان می گردد توجه نمود .

5-2- ولتاژ تماس

ولتاژ تماس به دلیلی مشابه با ولتاژ گام تولید می شود ولی این ولتاژ معمولا بین دست و پای انسان ایجاد می شود . خطر کشته شدن در اثر ولتاژ تماس به خاطر این که جریان عبوری به ناحیه اطراف قلب نزدیک تر است به مراتب بیشتر از ولتاژ گام است .

3- مطالعت آماری صاعقه زدگی

با توجه به مطالعت آماری که ناسا انجام داده است کشور ایران مورد اصلبت تعداد زیادی صاعقه قرار ندارد هر چند آمار دقیقی در ایران نداریم، ولی در آمریکا حدود ۱۰۰۰ نفر اصابت و ۱۰۰ نفر مرگ گزارش می‌شود . یعنی میزان مرگ آن ۱۰% است . لازم به ذکر است کشور آمریکا از نظر اصابت آذرخش و تندر ، در ردیف کشورهای پرحادثه قرار دارد . هر قدر به محور استوا نزدیک‌تر شویم بر تعداد آذرخش‌ها افزوده می‌شود، اما در مناطق قطبی به ندرت ممکن است آذرخش رخ دهد. همچنین به دلیل ناپایداری و تلاطم هوا ، بهار و پاییز به ترتیب ؛ خطرناک‌ترین فصل‌ها از نظر وقوع آذرخش و تندر محسوب می‌شوند.

1-3- آیا احتمال برخورد صاعقه به مردان با زنان فرق می کند؟

در کمال تعجب جواب این سؤال مثبت است! طبق آمار، احتمال برخورد صاعقه به مردان 4/5 برابر بیشتر از زنان است . اما دلایل بیولوژیکی که برای توجیه این مسئله ذکر می شود از میزان بیشتر آهن در جمجمه مردان گرفته تا خصوصیات رسانایی هورمون تستوسترون، همگی چیزی بیش از یاوه سرایی نیست . حقیقت امر ساده تر از این حرفهاست و باعرض معذرت خدمت تمامی آقایان محترم ، ناشی از حماقت مردان است : ″ میزان خطر کردن مردان در هوای توفانی بیشتر از زنان است . ″ واقعیت این است که مردان تمایل کمتری دارند تا بخاطر آب و هوای بد ، کاری را که مشغول انجام آن هستند رها کنند . اصرار آنها به ادامه تفریحاتی مانند ماهیگیری ، اردو زنی ، شکار و کوهنوردی در آب و هوای نامساعد باعث آسیب پذیری بیشتر آنها می شود .

4- کلام آخر

مطالعات آماری , حاکی از این مطلب است که هر چند کشور ایران دارای مناطق کوهستانی و کویری است و احتمال برخورد صاعقه در مناطق کوهستانی و مرتفع بیش از دیگر مناطق است . ولی ایران جزو مناطق صاعقه خیز در دنیا به حساب نمی آید . اما نمی توان با تکیه بر این گزارشات از رعایت اصول ایمنی و استانداردهای مربوط به صاعقه و صاعقه زدگی سر باز زد . زیرا همانطور که می دانیم با یک هزینه بسیار پایین , نصب صاعقه گیر و اداوات مربوطه , مطابق با استاندارد , می توان از وقوع یک فاجعه در مقیاس بزرگ جلوگیری نمود . فجایعی که می تواند خسارات جانی (جبران ناپذیر)و مالی را در برخورد حتی یک صاعقه در مدت زمان کمتر از یک ثانیه در پی داشته باشد . که از این نمونه ها می توان به نقل از CNN "به اصابت صاعقه به یکی از دیتاسنترهای گوگل در کشور بلژیک اشاره نمود که گوگل اعلام کرده برخی اطلاعات این دیتاسنتر پس از برخورد 4 بار صاعقه از بین رفته است . "

1-1- صاعقه مثبت و منفی

رعد و برقی که بین ابر و زمین است معمولاً از ابر به زمین می‌زند (رعد منفی) ولی در برخی موارد نادر هم رعد از زمین به ابر می‌زند (رعد مثبت) . در این حالت (رعد مثبت) زمین دارای بار منفی است و ابر دارای بار مثبت . در ابرهایی از نوع کومولونیمبوس که گاه تا ۱5km ارتفاع وچندین کیلو متر عرض دارند . طی مراحلی ، ذرات آب دارای بار مثبت شده بطوریکه بارهای منفی درلایه های زیرین وبارهای مثبت در بخشهای فوقانی ابر متمرکز می شوند . دراین حالت بارهای مثبت سطح زمین نیز ، در زیر سایه ابر مجتمع می گردند . با افزایش پتانسل الکتریکی ابرنسبت به زمین یک جریان پیشرواز الکترون ها با حرکتی نردبانی شکل از ابر به سوی زمین (downward leader) سرازیر شده وکانال اولیه صاعقه را شکل می دهد . هوای اطراف این کانال کاملاٌ یونیزه است . این پیکان که گاه طول شاخه های آن به ۵۰ متر می رسد ، بار زیادی را در نوک پیکان با خود حمل کرده و موجب افزایش شدت میدان الکتریکی جو و شکست مقاومت عایقی هوا می شود . دراین حالت سرعت حرکت کانال نزدیک شونده به زمین بیش از ۳۰۰ کیلومتر بر ثانیه می باشد . دراین زمان با افزایش شدت میدان الکتریکی در سطح زمین ، یک جریان الکتریکی بالا رونده (upward leader) نیز از زمین به سوی ابر پیش می رود . پس از اصابت این دو پیکان به یکدیگر، کانال جریان بسته شده و ضربه اصلی صاعقه اتفاق می افتد ، و بدین ترتیب جهت خنثی شدن بارهای ابر وزمین ، جریان بسیار زیادی در مدت کوتاهی در این کانال برقرار می شود . صاعقه در انواع مختلف اتفاق می افتد که متداولترین آنها (%۹۰از نوع صاعقه منفی نزولی) و خطرناکترین آنها نوع مثبت صعودی می باشد .

2- پیامدهای صاعقه

صاعقه پیامد هایی نیز به همراه دارد که می توان به صدا , رنگ , نور , ولتاژ گام , ولتاژ تماس , مسمومیت در اثر تنفس دود یا جراحت ناشی از آتش سوزی , صدمات ناشی از سقوط تجهیزات و ... اشاره نمود .

  • 1- کتاب مرجع سیستم های حفاظت در برابر صاعقه
  • 2- تجارب دوستان و همکاران در محیط های صنعتی
  • 3- http://phy412.blogfa.com
  • 4- www.erico.com
  • 5- http://www.mappery.com
  • 6- http://farnet.ir