ظاهرة البرق والرعد والصواعق
ظاهرة البرق والرعد والصواعق
ثبت علميا أن قطرات الماء تكتسب شحنات كهربية موجبة عند تجمدها علي هيئة حبات البرد أو بلورات الثلج, وكذلك عند انصهارها من كل من البرد والثلج إلي حالة الماء السائل, وعند تفتتها إلي قطيرات أدق أو تجمعها علي هيئة قطرات أكبر, وعند تبخيرها, وعند تكثفها أي عند كل تغير من حالة إلي حالة أخري من الصلابة والسيولة, والحالة الغازية, ويبقي الهواء المحيط بهذا الماء في أشكاله المختلفة مكتسبا شحنات كهربية
سالبة, ولذلك فإن السحب تشحن بالكهرباء باحتكاكها بالهواء المشحون بها, وتتجمع الشحنات الموجبة علي أعلي السحابة وأسفلها حيث تتدني درجة الحرارة الي ما بين عشر درجات وأربعين درجة مئوية تحت الصفر, بينما تتركز الشحنات السالبة في وسط السحابة حيث تصل درجة الحرارة إلي الصفر المئوي.
وعندما يحدث التفريغ الكهربي بين منطقتين مختلفتي الشحنة في داخل السحابة الواحدة, أو بين سحابتين متجاورتين يصل الفرق في الجهد الكهربي بينهما حدا معينا يحدث البرق علي هيئة شرارات كهربائية تنتشر في مساحة كبيرة من السماء الدنيا, وقد يحدث هذا التفريغ الكهربي بين السحابة والهواء المحيط بها, وقد يحدث بين السحب والأرض وما عليها من مبان عالية أو أشجار, وتسمي هذه الظاهرة, بالصاعقة لما تحدثه من دمار كبير,
ولمنع حدوث الاثار التدميرية للصواعق تثبت قضبان معدنية في أعالي المنشآت, وتوصل بالأرض عبر موصل جيد من الاسلاك المعدنية يحمل الشحنة الكهربائية الناتجة عن حدوث البرق إلي الأرض مباشرة دون أن تصيب المنشآت بأية اضرار, وتعرف هذه الشبكة من القضبان المعدنية الموصلة بالأرض باسم مانعات الصواعق
وعندما تحدث ظاهرة البرق, ويتم التفريغ الكهربي في الجو, فإن ومضات البرق المتقاربة يصل طول الواحدة منها الي الميل وتتفاوت فترات ومضها بين0002, ــ ثانية وثانية واحدة, ونتيجة لحدوث البرق يتمدد الهواء بصورة فجائية, فيندفع الهواء المجاور ليحل محله محدثا اصواتا شديدة هي الرعد الذي قد تستمر الموجة الواحدة منه إلي عدة ثوان, ويصاحب حدوث العواصف الرعدية عادة سقوط أمطار ذات قطرات كبيرة, وقد تصاحب بحبات البرد وبللورات الثلج التي قد تصل إلي الأرض متجمدة, وقد تنصهر إلي قطرات مائية كبيرة قبل وصولها إلي الأرض.
من هذا الاستعراض يتضح بجلاء أن المعصرات هي مجموعة من السحب الطباقية والركامية التي تشحن شحنا كبيرا ببخار الماء وقطراته, والتي تحدثها الأعاصير المدارية التي تتكون فوق مساحات شاسعة من الماء في البحار والمحيطات أو الدوامات الهوائية التي تتكون فوق اليابسة علي هيئة سحب طباقية أو تساق ببطء حتي تتآلف وتتجمع, ثم تركم إلي اعلي لتكون السحب الركامية التي ترتفع إلي ما يزيد علي15 كيلو مترا, فتعين البرودة الشديدة علي تكون كل من البرد والثلج, واللذان يتحركان في داخل السحابة بفعل التيارات الهوائية صعودا وهبوطا, وتجمدا وانصهارا, فيتولد كل من البرق والرعد اللذين يزيدان بدورهما من تحرك الكتل الهوائية ويعينان علي مزيد من توفر بخار الماء وقطيراته, والتي تجعل هذه السحب الطباقية والركامية المشبعة بالماء( المعصرات) مهيأة لاسقاط المطر الغزيرة( الثجاج) والذي قد يستمر في السقوط إلي عدة ايام دون انقطاع.فسبحان الذي أنزل من قبل أربعة عشر قرنا قوله الحق:وأنزلنا من المعصرات ماء ثجاجا*.(النبأ14)أنزلها علي نبي أمي( صلي الله عليه وسلم), وفي بيئة صحراوية لم تشاهد شيئا من تلك المعصرات, ولا ما يحركها من العواصف والأعاصير والدوامات الهوائية الممطرة, وذلك لندرة سقوط الامطار في تلك البيئات, ولبعدها عن المساحات المائية الشاسعة من البحار المفتوحة والمحيطات.
خصائص البرق
خريطة للعالم تبين تردد ضربات الصاعقة, في ومض البصر لكل كم² لكل سنة. يضرب البرق بشكل متردد غالباً في جمهورية الكونغو الديموقراطية. جمعت البيانات بين 1995–2003 من محقق البصريات المتنقل ومن حساسات تصوير الصواعق.
متوسط الصاعقة التي تضرب محملتاً بالشحنات السالبة هو 30 كيلو أمبير، وتنقل ماقيمته خمسة كولومات و 500 جول من الطاقة. الصواقع الشديدة للبرق من الممكن أن تحمل ما قيمته 120 أمبير و 350 كولوم[6]. الجهد الكهربائي متناسب مع طول الصاعقة.
أما متوسط الصاعقة التي تضرب محملتاً بالشحنات الموجبة، تحمل 300 أمبير من الطاقة الكهربائة، مايساوي عشرة أضعاف متوسط الصاعقة المحملة بالشحنات السالبة.
ليس فقط في حالة الانكسار الكهربائي في الهواء، يكون البرق في أوج تطوره، مع أنها توفر ماقيمته ثلاثة مليون فولت لكل متر. الحقول الكهربائية المحطية مطلوبة من أجل توالد وتنامي عملية البرق، والتي تكون أحد أو اثنين من القيمة الأساسية، أقل من مقاومة الانكسار الكهربائي. الجهد الكامل ينحدر داخل قناة لصاعقة معاكسة تطورت إلى حدٍ جيد، على حسب ترتيب المئات من الفولتات لكل متر بسبب شدة التأين للقناة، مما ينتج خروج قوة حقيقة تقدر بالميغا واط لكل متر لقوة صاعقة عكسية قيمتها 100 أمبير[7]. متوسط العلو لمخرجات طاقة كهربائية لصاعقة واحدة، هو حوالي تيراواط (1012 W) وتدوم مدة الضربة لثلاثين مايكروثانية[8].
ترفع ضربة البرق درجة حرارة الهواء بشكل متزايد للأماكن الملاصقة للضربة إلى حدود 20,000 °م (36,000 °ف) - حوالي ثلاثة مرات درجة حرارة سطح الشمس. ويقوم حينها بضغط الأجواء الصافية المحيطة بالضربة وينتج مويجة صدمة أسرع من الصوت، والتي تضمحل إلى موجة صوتية والتي تسمع وتسمى بالرعد[8].
الضربة المعاكسة لصاعقة البرق تتبع شحن للقناة لما عرضة سنتيمتر (0.4 إنش).
الأماكن المختلفة لها جهود كهربائية مختلفة وتيارات مختلفة لمتوسط ضربات البرق. على سبيل المثال, في ولاية فلوريدا، والتي بها أكبر عدد مسجل لضربات البرق في الولايات المتحدة في فترة معينة خلال فصل الصيف، بها الكثير من الأراضي الرملية في بعض المناطق، وأخرى مليئة بالسماد الموصل. على قدر ما هي (ولاية فلوريدا) ممتدة على شبه جزيرة، فهي محاطة بمياه المحيط من ثلاث جهات. والنتيجة هي التطورات اليومية لهيجان الحدود للبحر والبحيرات والتي تتعارض وتنتج الكثير من العواصف الرعدية. الاختلاف في أية حالة للطقس ربما يؤدي إلى تجانس مستويات مختلفة للفولتات بين الغيوم والأرض. وجد علماء الناسا أن موجات الراديو التي تنتج بواسطة البرق هي منطقة صافية وآمنة في الحزام الإشعاعي المحيط بالأرض. هذه المنطقة تعرف بـ شِق (حزام فان ألن الإشعاعي)، والتي هي مرفأ آمن للأقمار الصناعية، وكأنها تعرض الحماية من إشعاعات الشمس الخطرة[9][10][11].
سرعة البرق
تبلغ سرعة البرق بضعة عشرات إلى مئات من الكيلومترات في الثانية الواحدة (قد تصل إلى 250 كيلومتر في الثانية للقائد و100 ألف كيلومتر في الثانية للدارة المقصورة الراجعة من الأرض). يلبس البعض بين سرعة البرق وبين سرعة الضوء حيث يعتقدون بأنها نفس السرعة نظراً لما يرونه من إشعاع عبر مسار الصاعقة حيث يكون انتشار الأخير بسرعة الضوء.
تكون سرعة الذيل الأسفل التي تغادر سحابة إلى الأرض أكثر من غيرها عادة، مع ذلك لا زالت أقل بكثير من سرعة الضوء. لما كانت عملية التفريغ محتوية على إلكترونات تم فصلها عن ذراتها فإنها تتسارع تحت تأثير المجال الكهربائيالناجم عن فرق الجهد الكهربائي بين السحابة وبين الأرض. تصطدم هذه الإلكترونات بجزيئات وذرات أخرى في طريقها محررة إلكترونات أخرى، مخلفة بالتالي قناة من الهواء المتأين.
من ناحية أخرى فإن هذه العملية لا تتم دفعة واحدة وإنما على دفعات متتالية. يأخذ "القائد" -leader (أول ضربة للتفريغ البرقي) مجراه على مراحل، محدثاً برقاً على طول 30 متر تقريبا في كل مرحلة وبزمن مقداره حوالى ميكروثانية (جزء من مليون من الثانية). كما أن هناك فترة توقف تبلغ حوالى 50 ميكروثانية بين كل مرحلة والتي تليها.
عند اقتراب الشحنات من الأرض يحدث التحام بينها وبين الشحنات الصاعدة من الأرض مكونة قصر في الدائرة. تبلغ سرعة عودة البرق من الأرض نحو المنطقة المتأينة سرعات عالية قد تصل إلى ثلث سرعة الضوء، مخلفاً الجزء الأعظم من الضوء الوهاج.[12]
يمكنكم الإنظمام إلى الموقع من قائمة المتابعون في اليسار
سجل إعجابك وشارك زملاءك لتصلكم مواضيعنا القادمة إنشاء الله تعالى