Școala Normală „Vasile Lupu”, Iași

Disciplina: FizicăProfesor: Corneliu RascaracheElev: Emanuela AntonAn școlar: 2011-2012

Fulgerul

Fulgerul este rezultat în urma unui proces de descărcare electrică cauzat de o diferență de potențial electrostatic.Fulgerul se produce între nori incărcați cu sarcini electrice diferite, iar descărcarea între nor și pământ provoacă un arc luminos, numit trăsnet. Atunci când vedem un fulger nu auzim și sunetul produs de descărcare, deoarece viteza sunetului este mai mică față de cea a luminii. Decalajul se datoreaza diferenței dintre vitezele de propagare ale celor două unde, cea luminoasă și cea acustică.

În mitologie, fulgerele sunt folosite pentru a exprima mânia lui Dumnezeu. Găsim acest fenomen menționat de mai multe ori, în Moise 9,24, Samuel 22,15, Hiob 37, Psalm 18, la izgonirea din rai a lui Satan (Luca 10,18) etc. Credințele variau de la o civilizație la alta. De exemplu, etruscii considerau fulgerele ca un oracol care le prezicea viitorul. Informațiile care descriau indicațiile transmise prin fulgere se numeau libri fungurales. Vechii germani considerau fulgerele ca fiind un semn al zeului Thor care arunca ciocanul său spre pământ. Slavii aveau zeul Perun ca zeu al furtunii. La fel Zeus și Jupiter sunt reprezentați însoțiți de fulgere.

Zeus

Cercetarea fulgerelor într-un mod mai serios a început odată cu Benjamin Franklin. Benjamin Franklin a demonstrat ipoteza că trăsnetul este rezultatul tensiunii dintre nori și pământ cu ajutorul unui zmeu de hârtie cu care a declanșat fulgerul în prezența norilor de furtună, în anul 1752.

Deși este un fenomen popular, fulgerele au dat naștere unor controverse cu privire la efectul lor, cât și în modul cum acestea iau naștere.

Formarea fulgerului Datorită curenților de aer existenți în nor precum și prin repartizarea

inegală de gheață și apă, se formează prin frecare, spații cu încărcătură ionică electrostatică negativă și pozitivă. În mod normal stratul superior al norului este incărcat pozitiv, iar stratul inferior este incărcat negativ. Zona dintre cele două straturi incărcate diferit se află la o înălțime mare unde temperatura variază între -10 și -15 grade Celsius.Aici, picăturile de apă din nor se transformă în cristale de gheață.

Fulgerul este o descărcare electrică, iar atunci când ia naștere produce un echilibru electric între straturile norului de furtună. Pentru a lua naștere un trăsnet între un nor și pământ trebuie să existe în prealabil tensiuni de câteva zeci de milioane de volți, iar fenomenul, care este o scânteie de descărcare electrică, să aibă o tensiune de aproximativ 3 milioane de volți/metru. Puterea de străpungere a fulgerului este dată și de umiditatea aerului. Există premiza că în prealabil aerul este ionizat de radiațiile cosmice transformând moleculele de aer din atmosferă într-o lavină electronică rezultând o reacție în lanț, care creează un canal de aer ionizat pentru fulger. Acest fenomen a fost presupus de cercetătorul Charles Thomson. Forma în zig zag a fulgerului este produsă prin descărcarea electrică numai prin zonele cu aer ionizat.

Fugerul are în medie, 4 sau 5 descărcări principale ce durează 0,01 secunde, iar cea principală numai 0,0004 secunde. După o pauză scurtă de 0,03 – 0,05 secunde urmează noi descărcări. Au fost observate astfel descărcari atingând un număr de 42 cu o intensitate medie de 20.000 de amperi.Un fulger atinge în medie lungimea de 1 – 2 km, iar în zonele tropicale unde umiditatea aerului este mai ridicată, fulgerul poate atinge 2 – 3 km lungime. În nori s-au observat fulgere cu o lungime de 5 – 7 km, iar cu ajutorul radarului pentru fulgere, unele ce ating 140 km lungime.

În momentul formării fulgerului aerul inconjurător din jurul tunelului provocat de acesta atinge temperaturi de 30.000 de grade Celsius. Această supraîncălzire bruscă a aerului duce la o dilatare masivă asemenea unei explozii cu un zgomot puternic numit tunet.Datorita diferenței dintre vitezele de propagare a luminii (cca. 300.000 km /s) și a sunetului 332 m / s, va apărea un decalaj de timp între recepționarea vizuală și cea auditivă a fulgerului. Decalajul dintre fulger și tunet este dat de distanța dintre acesta și observator. Cu cât observatorul este mai departe, cu atât decalajul va fi mai mare.

Benjamin Franklin (1706 - 1790)

Benjamin Franklin, cel care a reuşit să demonstreze că fulgerul este un fenomen electric natural, este cunoscut ca unul dintre părinţii fondatori ai SUA, dar a fost şi un cercetător renumit, cu contribuţii semnificative în domeniul ştiinţelor naturii.

În 1752, Franklin, împreună cu fiul său William, a efectuat

celebrul său experiment cu zmeul înălţat, care a dovedit că fulgerul este un fenomen electric care apare în mod natural. Zmeul a fost construit cu un fir metalic ascuţit amplasat în vârful şi la baza sforii zmeului, şi o cheie legată de capătul sforii, cu o fundă din mătase. Când Franklin a observat fire desfăcute ale sforii, ridicându-se, a legat la pământ conductorul izolat improvizat prin atingerea cheii metalice cu articulaţia sa. În consecinţă, Franklin a observat o scânteie traversând din cheie în articulaţie, aceasta reprezentând dovada finală a demonstrării naturii electrice a fulgerului. Miraculos, sarcina nu a fost suficient de puternică pentru a-i omorî pe Franklin sau pe fiul acestuia. (În condiţii normale, lovitura unui fulger poate ucide instant orice persoană destul de curajoasă să înalţe un zmeu pe timp de furtună.)

Franklin şi fiul său, William, efectuând celebrul lor

experiment cu zmeul, în mijlocul unei furtuni

Fulgerul, un rezervor imens de energie inaccesibilă

Un fulger călătoreşte cu viteza de 45 de kilometri pe secundă (ceea ce echivalează cu 160.000 de kilometri pe oră) şi dezvoltă o temperatură de 28.000 de grade Celsius, adică destul cât să topească orice fel de rocă şi să o transforme în sticlă instantaneu. În termeni uzuali, intensitatea curentului provocat de fulger are, în medie, 40 de kiloamperi, dar unele ajung chiar până la 120 de kiloamperi.

Energia unui astfel de fenomen e de cel puţin 500 de megajouli, adică destul cât să ţină aprins un bec de 100 de waţi timp de două luni. Dar acesta este doar cel mai mic fulger măsurat vreodată. Cercetătorii spun că diferenţa de potenţial creată de un fulger poate atinge un miliard de waţi, dacă acesta măsoară o lungime de 300 de metri, de pildă.

Din păcate, din cauza temperaturilor colosale care însoţesc această uluitoare energie, deocamdată nu există sisteme viabile de captare a fulgerelor pentru a produce energie electrică. Dar încercări se fac. Primele au vizat, mai ales în ultimii ani, captarea sursei fulgerelor, adică energia electrică a norilor. Cercetătorii spun că atunci când omenirea va putea folosi energia electrică (statică) ce se acumulează la suprafaţa norilor, oamenii vor scăpa definitiv de problemele legate de lipsa resurselor energetice.

Majoritatea oamenilor fulgeraţi supravieţuiesc

Deşi e greu de crezut, având în vedere energiile colosale care se dezlănţuie în timpul unei descărcări electrice a norilor, 70% din oamenii fulgeraţi supravieţuiesc şi 30% nu prezintă niciun semn vizibil pe corp. De câţiva ani există o organizaţie internaţională a oamenilor fulgeraţi care au supravieţuit.

Aceştia se întâlnesc în fiecare an în Tennessee şi îşi povestesc unii altora experienţe incredibile petru alţi oameni. Sunt persoane care au fost fulgerate şi de câte zece ori, fiind un soi de "magneţi umani pentru fulgere", dar oficial este recunoscut recordul unui american din Florida, Tom Riverside, care a fost fulgerat de şapte ori, de fiecare dată cu martori.

Bibliografie

• http://www.exclusivnews.ro/sanatate/doi-turi%C8%99ti-polonezi-carboniza%C8%9Bi-de-un-fulger-in-mun%C8%9Bii-apuseni.html

• http://www.aliceinwonder.net/2011/08/imaginea-zilei-un-fulger-loveste-cn.html

• http://depositphotos.com/6576209/stock-illustration-Zeus-Jupiter-or-Jove.html

• http://www.estiri.ro/stire/Actualitate/6/32048/benjamin-franklin-(1)-:-diplomat,-om-de-stiinta,-inventator,-filozof,-profesor-si-om-politic/6/

• http://www.descopera.org/fenomene-ale-naturii-fulgerul/

• http://www.scientia.ro/biografii/129-biografii-stiintele-naturii/3130-benjamin-franklin-1706-1790.html