Zjawisko powstania wyładowania prądu pioruna

Zjawisko powstawania wyładowania prądu pioruna

Burze co roku powodują wiele strat materialnych, a także zagrażają zdrowiu i życiu mieszkańców większości rejonów globu. W Polsce możemy obserwować coraz silniejsze wyładowania elektrostatyczne, którym towarzyszą nawałnice oraz obfite opady deszczu i gradu. W jaki sposób powstają komórki burzowe? Co warto wiedzieć na temat rodzaju wyładowań atmosferycznych i powodowanego przez nie zagrożenia?

 

Burza, piorun, błyskawica, grzmot – czym są i w jaki sposób powstają?

Burza to spektakularne zjawisko meteorologiczne, z którym mamy do czynienia coraz częściej, nie tylko wiosną, latem i jesienią, ale także zimą. Zagrażające nam pioruny to bardzo silne wyładowania elektrostatyczne, które powstają w naturalny sposób. Piorun to nie to samo co błyskawica – zarówno zjawisko świetlne, czyli błyskawica, jak i efekt dźwiękowy, nazywany grzmotem, towarzyszą wyładowaniom elektrostatycznym, jednak nie zawsze muszą występować.

Najczęstszą przyczyną powstawania burz jest przemieszczanie się ciepłych i wilgotnych mas powietrza na dużą wysokość. W zależności od sposobu przemieszczania się powietrza, mamy do czynienia z różnymi rodzajami burz. Zaliczamy do nich:

  • burze wewnątrzmasowe – burze termiczne i adwekcyjne,
  • burze frontowe.

 

Rodzaje burz i piorunów

Nie każda chmura burzowa stanowi zagrożenie związane z wystąpieniem ekstremalnych zjawisk pogodowych oraz silnych wyładowań atmosferycznych. Powstają one, gdy występujące w komórce burzowej ładunki przestrzenne wytwarzają pole elektrostatyczne o natężeniu kilkuset kV/m – wówczas dochodzi do tzw. wyładowań pilotujących (liderowych), które dają początek wyładowaniom atmosferycznym, czyli piorunom.

I w tym przypadku wyróżniamy kilka różnych typów wyładowań atmosferycznych, do których zaliczamy:

  • wyładowania atmosferyczne chmura-chmura,
  • wyładowania atmosferyczne doziemne.

Wyładowania atmosferyczne, do których dochodzi pomiędzy poszczególnymi chmurami burzowymi, prowadzą do wyrównania ładunków pomiędzy ujemnymi i dodatnimi centrami komórki burzowej, co powoduje, że pioruny nie trafiają w obiekty, które zlokalizowane są na powierzchni ziemi. Nie oznacza to jednak, że wyładowania chmura-chmura są nieszkodliwe, bo mogą doprowadzić do uszkodzenia różnych systemów elektrycznych i elektronicznych.

Wyładowania doziemne, prowadzące do wyrównania ładunków elektrostatycznych pomiędzy chmurą i powierzchnią ziemi, stanowią realne zagrożenie dla naszego zdrowia, życia i dobytku. Wyładowania doziemne dzielimy na:

  • wyładowania odgórne – wyładowania na linii chmura-ziemia,
  • wyładowania oddolne – wyładowania na linii ziemia-chmura.

Pioruny chmura-ziemia możemy rozpoznać po charakterystycznych, biegnących w kierunku ziemi rozgałęzieniach. Często występują na płaskim obszarze oraz wśród niskiej zabudowy. W tym przypadku, mamy do czynienia z wyładowaniami odgórnymi ujemnymi oraz dodatnimi.

Pioruny ziemia-chmura także mogą mieć dodatnią oraz ujemną polaryzację. Występują najczęściej na bardzo wysokich obiektach oraz szczytach górskich. Rozpoznamy je po skierowanych do góry rozgałęzieniach.

 

Jak silne jest wyładowanie elektrostatyczne pioruna?

Nie każdy piorun charakteryzuje się taką samą siłą rażenia. Skumulowana energia kilku wyładowań może sięgać ekstremalnych wartości natężenia ponad 150 kA i napięcia nawet 100 milionów woltów. Choć może się nam wydawać, że widzimy jedno wyładowanie elektrostatyczne, to często mamy do czynienia z kilkoma, a nawet kilkunastoma następującymi po sobie uderzeniami pioruna. Natężenie wyładowań głównych to zwykle 30-50 kA.

 

Co warto wiedzieć na temat piorunów?

Pioruny to fascynujące i niebezpieczne zjawisko, które może powstać nie tylko podczas typowych burz. Zdarza się, że wyładowania elektrostatyczne towarzyszą burzy piaskowej i pyłowej, która ma związek z erupcją wulkanów. Grzmoty towarzyszące wyładowaniom atmosferycznym można usłyszeć nawet z odległości 20 km, co ma związek z ich znaczną głośnością, która może sięgać nawet 120 dB. Błyskawice mogą przybierać najróżniejsze kształty, a długość pioruna sięga nawet kilkudziesięciu metrów – jeden z najpotężniejszych miał 70 metrów długości.

Burza może nas zaskoczyć w najmniej oczekiwanym momencie i jest zagrożeniem, nie tylko wówczas, gdy przebywamy na otwartej przestrzeni. Także w budynkach jesteśmy narażeni na porażenie piorunem, który może wpaść do wnętrza przez otwarte okno, jednak równie niebezpieczny jest kontakt z energią wyzwoloną na skutek uderzenia pioruna w bezpośredniej bliskości budynku lub w jego metalowe elementy np. anteny. Do porażenia prądem pioruna może dojść, gdy np. bierzemy kąpiel podczas burzy, obserwujemy wyładowania atmosferyczne, stojąc blisko metalowego kaloryfera lub rozmawiamy przez telefon komórkowy. Rocznie 250 tysięcy osób odnosi rany na skutek rażenia piorunem, z czego 20 tysięcy osób ginie na miejscu lub umiera na skutek odniesionych obrażeń.

 

Podsumowanie

Przed związanym z wyładowaniami elektrostatycznymi zagrożeniem możemy się skutecznie chronić, przestrzegając zasad zachowania się na otwartym terenie podczas burzy, jak również decydując się na montaż instalacji odgromowej. Chroni ona nasze zdrowie i życie oraz dobytek przed pożarem i przepięciem, które może doprowadzić do uszkodzenia podpiętych do prądu urządzeń.