Tudta-e?
hogy a Nap 330330-szor nagyobb a Földnél?

9. szám - 2007 július 30.

Válogatás az V. GENIUS diákverseny szakmunkáiból

Zeusz haragja – a villámok

A görög mitológiában a villám Zeusz fegyvere, amelyet először a lázadó Titánok ellen használt. Több más kultúra hiedelemvilágában a villám maga is isten, és ez megmutatja, hogy az emberiség mindig is tisztelte, félte a villámok erejét.

1

Bátori Annamária, Svetozar Marković Gimnázium, Újvidék, 1. osztályos tanuló
Mentor: Muhi Béla

Az V. GENIUS diákverseny eredményei a www.eurovajdasag.info honlapon találhatók.

A görög mitológiában a villám Zeusz fegyvere, amelyet először a lázadó Titánok ellen használt. Több más kultúra hiedelemvilágában a villám maga is isten, és ez megmutatja, hogy az emberiség mindig is tisztelte, félte a villámok erejét. Emellett gyakran szimbólumos jelentése is van:
1. Az élet szikráját és a megtermékenyítő hatalmat szimbolizálja. Ez egy rettenetes és félelmetes gyorsaságú égi tűz: lehet jótékony és lehet végzetes. A héber kifejezést különbségtétel nélkül fordítják villámnak vagy fénynek a teremtés elbeszélésében. A villámot a sperma kiáramlásához hasonlítják; Isten férfiaktusát szimbolizálja a teremtésben. A bibliai Isten a villámok, valamint a tűz istene. Jób szerint a villám az Isten által alkalmazott eszköz.
Ez a téma előfordul az ősi babiloni hagyományokban is. A görögöknél úgyszintén Zeusz a villámcsapás istene.
2. Ahogy a mennydörgés, a villám is az uráni Legfelsőbb Isten Attribútuma az afrikai hagyományokban. Egy pigmeus mítosz szerint fegyver – az isteni fallosz – az ég és a föld alapvető felosztásában; ez emlékeztet az indoeurópai mitológiára (a villám, Indra fegyvere). A pigmeusoknál úgyszintén fegyver, mellyel az uráni istenség a házasságtörést bünteti.
3. A villámnak, amint az esőnek is, égi mag értéke van, ugyanannak a szimbólumban két oldalát alkotja, ami a tűz-víz dualizmusán alapszik, a termékenységet pozitívan, illetve negatívan kifejezve. Valamint égi büntetés, mely elsöpri az emberiséget a tűz vagy a vízözön esője által.
4. Az ősi Peruban a megtermékenyítő nap is felveszi a villám aspektusát, olykor egybe is mosódnak. A villám pedig általában egy kígyó képében testesül meg, mely az erő szimbóluma.
5. Mint Zeusz fegyvere, amit a küklopszok kovácsoltak a tűzben (az intellektus szimbóluma), a villám a belső és a spirituális megvilágosodás szimbóluma, vagy a hirtelen sugallaté. De míg egyfelől megvilágosítja és ösztönzi a szellemet, másfelől villámmal sújtja a heves és fékevesztett vágyakat, amit a titánok képviselnek.



A zivatar, villámlással és égzengéssel egyike ama jelenségeknek, melyek már ősidők óta foglalkoztatják az embert. A természeti népek a felsőbb hatalmak haragjának tartották. Ez majdnem minden nép õsvallásában ilyen értelemben szerepelt. A görögök és a rómaiak villámokkal együtt ábrázolták Zeuszt és Jupitert. A magyar nyelvben is az "Isten haragja" vagy "Isten nyila" kifejezések az ősi időkből származnak. A XVII. században még azt hitték, hogy a felhőkben lappangó robbanó gázok gyulladnak fel villámláskor. Descartes is ezt hirdette. A villám pontos magyarázatát csak a XIX. század derekán adták meg a tudósok. A villám egy hatalmas villamos szikrakisülés a levegőben, tekintélyes kisülési árammal. Az áram legnagyobb erőssége 20-30.000 amper között van, de kivételesen meghaladhatja a 300.000 ampert is. Összehasonlításként egy 100 wattos izzólámpa árama kb. 0,5 amper.



A villámok zivatarokban, hóviharokban és vulkánokban keletkeznek. A villámoknak négy fajtája létezik: felhőn belüli, felhő-levegő, felhő-felhő, és a számunkra legérzékenyebb felhő-föld villámok.

Felhő-levegő villám

A megdörzsölt fésűről szikra ugrik át ujjunkra, ha közelítünk hozzá. Sercegő hangot ad, sőt, ha sötétben vagyunk, az elektromos szikra fényét is láthatjuk. Ez kicsiben ugyanaz mint a villám. Dörzsöléskor a fésűben a töltések felhalmozódnak. Ezt statikus feltöltödésnek nevezzük. De hogyan is keletkezik a felhőkben a statikus töltés? Nem keletkezik, hiszen a töltések mindenütt, így a felhőkben is ott vannak. De ha a pozitív és a negatív töltések együtt vannak, akkor semlegesítik egymast, így nincs kifelé, a környezet felé hatásuk. A felhőkben a pozitív és negatív töltések szétválasztódnak a napsugárzás, és a felszáló légáramlat következtében. Az egynemű töltések egymáshoz közel halmozódnak fel. Közben a felhő nem marad egy helyben, állandóan mozog és vándorol. A villámok a felhőkben összegyűlő elektrostatikus töltések miatt keletkeznek. A felhők egyik része pozitív töltést szerez míg a másik negatívat. A folyamatot még nem egészen értik, de a felhő alja általában negatív töltésű lesz, míg a teteje pozitív. Ha már annyi töltést szerzett, hogy a potenciálkülönbség a föld és a felhő, vagy felhő és felhő közöt túl nagy lesz, elektromos kisülés formájában átáramlanak az elektronok a pozití töltésű hely felé.



Ahogy a negatív töltések gyülekednek a felhő aljában, úgy szorítják lefelé a földből a negatívakat. Ezáltal a föld pozitív töltéső lesz.A negatív töltések eltaszítják maguktól a földben lévő szintén negatív töltéseket. Az ezután pozitívan maradt föld vonza a felhők aljába gyűlt negatív ionokat. Amikor a negatív töltésű áralmat eléri a földet, akkor a pozitív töltéseket elkezdi taszítani a föld a negatívak hatására. Amikor a két ellentétes töltésű áramlat találkozik, egy nagy vezetőképességű csatornát nyitnak az elektronok számára, amelyek ezen keresztül leugrálnak a földre. Ez a villámlás. A sebesen áramló elektronok akkora hőt termelnek, hogy a levegőt hirtelen felmelegítve dörejt hallunk.



Ha megvizsgáljuk egy átlagos terep felszínét, és a felhők kapcsolódását, azt találjuk, hogy ahol a fa kimagaslik a környezetéből (és a felhő éppen ott púposodik), ott az elektromos mező jobban koncentrálódik. Minél közelebb vannak a terep és a felhő között húzott vonalak egymáshoz, annál erősebb lesz az elektromos feszültség. Minél nagyobb a feszültség, annál nagyobb lesz a valószínűsége annak, hogy az elektronok leáramlanak a földre.

Találóan jegyezte meg a villámokra vonatkozóan Kippling, hogy "Az egek kiegyenlítik voltszámláikat". A villamosságot a töltésekkel teli levegőrészek vezetik, útját a töltések pillanatnyi elhelyezkedése szabja meg.

Amikor a felhők hatalmasra megnőnek, leggyakrabban azoknak első részéből kékes fényű, vékony zeg-zugos fénysáv tör ki, és siklik a talaj felé. Azt azonban többnyire csak több probálkozás után éri el. Ez az úgynevezett elővillám. Ezt követi egy sokkal erőteljesebb vöröses sárga fénysáv, de ez már a talajtól fölfele halad a felhőbe. Ez a fővillám. Mindez nagyon rövid idõ alatt zajlik le. Általában a felhő alja negatív töltésű, a föld pedig pozitív, de lehet fordítva is. A villám feltűnését követően menydörgést hallunk. Közel lecsapó villám esetén erős csattanás, távoli villámláskor morajló, elnyújtott dörgő hangot hallunk. Ennek oka, hogy a magas hangok terjedés közben sokkal jobban csillapodnak, mint a mély hangok. Így a távoli villámból csak a mély hangok jutnak el hozzánk. Ahol a villamos áram "átrohan", ott erősen felizzítja a levegőt (több ezer fokra). A forró levegő azonnal kitágul, de utánna rögtön lehűl, és így összehúzódik. Ez adja a hangot. Mivel a villám néha 50 km hosszú, zeg-zugos útján különbözõ pontokból kiinduló, hozzánk egyidőben érkező hanghullámok hol erõsítik, hol gyengítik egymást, ezért dübörgõ hangot hallunk.

A hang a levegőben egymilliószor kisebb sebességgel terjed, mint a fény, ezért a villám hangja késöbb ér hozzánk, mint a fénye. Ha a villám felvillanásától a dörgésig eltelt időt másodpercenként 333-al megszorozzuk, megkapjuk a villámcsapás távolságát méterben.
Alapvetően kétfajta villám létezik: pozitív és negatív. A két lényeges különbség közöttük az, hogy míg az előzőnél az elővillám kialakulása ugrásszerű lépésekben történik, a pozitív villámnál ez folyamatos, s a másikkal ellentétben a kisülés is egyetlen fővillámból áll, ennek viszont az áramerőssége átlagos esetben is 200 ezer Amper! Negatív villámlásnál a főkisülés több tucat kisebb kisülésre is tagozódhat, s az egész folyamat másodpercekig is eltarthat. A kétfajta villám között jelentős különbség mutatkozik a keletkezés gyakoriságának szempontjából is. Nagyjából ezer negatív villámra esik egy pozitív.

A légköri elektromos kisülések lenyűgöző színjátékot kínálnak: a villámok általában nem egyenes vonal mentén haladnak a levegőben, hanem impozáns, szerteágazó képződményekké hasadnak. Néha szabad szemmel is követhető, miképpen "utazik" az akár 8 km magasan levő zivatarfelhőtől a földig a cikázó fényjelenség.
A Physical Review c. szklapban Manuel Arrayás és munkatársai folyadékok keveredéséhez hasonlították a jelenséget: különböző viszkozitású folyadékok keveredésekor - bizonyos körülmények között - ugyanolyan elágazó "ujjak" keletkeznek, mint a villámok vagy más gázkisülések.
(Ez utóbbi némi kézügyességgel ellenőrizhető: egyenes henger alakú színtelen pohárba öntsünk vizet, ha a víz már teljesen nyugalomban van, finoman juttassunk bele kb. teáskanálnyi színes alkoholt vagy tintát.

Ezt a kísérletet magam is kipróbáltam. Íme néhány kép róla:

 

 




Ha elég ügyesek voltunk, oldalról megfigyelhetők a két folyadék spontán keveredésekor létrejövő "ujjak".
A villámok esetében is két különböző közegről van szó: a semleges gázról és az ionizált gázból való alagútról. Az amszterdami CWI kutatóintézet munkatársainak feltételezései szerint az alagút egy meghatározott időpillanatban ideális vezető. Ez azt jelenti, hogy ott az áram csaknem ellenállás nélkül folyik.
Ugyanebben a pillanatban az ionizált és a semleges gáz határfelülete instabil, és a villám több ágra szakad. Ugyanez a fizikai probléma merül fel az eltérő viszkozitású folyadékok keveredésekor is, állítják a kutatók.

A villámlás elektromos kisülés, vagy plazma, melyet az atmoszférán átfolyó elektromos áram vált ki. Általában akkor keletkezik plazma, ha egy gáz eléggé felmelegszik ahhoz, hogy ionizálódjon. Emiatt a gáz vezeti az áramot, és elektromágneses sugárzást bocsát ki – ez a plazma két fő megfigyelhető tulajdonsága.
A villám-plazma elég nagy sűrűségű, mert a villámlás közelében, a levegőben, igen nagy az ionizáció mértéke. Ezért sok infravörös, látható és ultraibolya fény keletkezik. A villám fénye az összes hullámhosszon kibocsátott fényt tartalmazza, köztük azoknak az atomoknak és molekuláknak a karakterisztikus sugárzását is, amelyek a levegőben vannak (pl. argon, oxigén, nitrogén, víz). A villámlás színét a levegőben levő atomok határozzák meg.
A száraz levegőben a kisülés fehérnek látszik, mert kevés erős, látható tartományba eső szín van (ezek főként a spektrum kék és ibolya részébe esnek), míg a kibocsátott, látható fény túlnyomó része folytonos spektrumú. Ha vízgőz is van a levegőben, a víz hidrogénatomjai nagyon erős, vörös fényt sugároznak. Ha ez a fény a plazma többi atomja által keltett fehér fényre "rakódik rá", a villámlást vörösesnek észlelhetjük. A vöröses fény éjszka jobban látszik. A villámlások vörösének változása a levegőben levő víz mennyiségének változásával magyarázható. A kis vízcseppek könnyebben ionizálódnak, és hidrogénatomjaik könnyebben gerjesztődnek, mint a nagy cseppek hidrogénjei. A nagy cseppeknek előbb el kell párologniuk, ami tovább tart, mint egyetlen villámlás ideje. Lehet, hogy a nagy cseppek is szétesnek egy villámlássorozat alatt, és így kivételesen erős vörös szín keletkezhet.

A villámok egyik különleges csoportját képezik a gömbvillámok

A gömbvillám is légköri jelenség. Kiváltó okai, tulajdonságai és hatásai pontosan nem ismertek. Viszonylag ritka; felmérések szerint csak az emberek egy százaléka látott már gömbvillámot. Laboratóriumi körülmények között még nem sikerült előállítani, leírásánál csak a szemtanúk beszámolóira és a helyszínen található nyomok vizsgálatára hagyatkozhatunk.
A jelenség régóta ismert; elsőként a kínaiak írták le időszámításunk előtt 500 évvel, akkor még sárkánytűznek nevezték. A magyar népnyelv matató ménkűnek, vagy egyszerűen ménkűnek nevezte.

Szinte mindig földközelben, zivatarok közelében jelenik meg. Átlagos élettartama 10 másodperc, de akár több percig is megmaradhat. Színelőfordulásai fehértől a sárgán és narancssárgán át a vörösig terjednek (ritkábban kék). Fénye gyenge, anyaga néha áttetsző. Mérete a néhány cm-től a néhány méterig terjedhet, de általában narancs vagy labda méretű. Mozgását néha befolyásolja az elektromos tér, de a szél nem. Szilárd felületeken (föld, fal, ajtó) általában nem tud áthatolni. A gömbvillámmal történő érintkezés égési sérüléseket, akár halált is okozhat. Felrobbanással vagy elhalványulással szűnik meg. Teljesen zárt térben is megjelenhet, például repülőgép vagy tengeralattjáró fedélzetén. Energiatartalma 1000 joule és 10 MJ között lehet.

Kialakulására, természetére vonatkozóan nincs általánosan elfogadott tudományos magyarázat, az idők során sok elmélet született. Korábbi modellek szerint a gömbvillám izzó plazmagömb, de ez esetben nem világos kialakulásának folyamata.

Két új-zélandi kutató, J. Abrahamson és J. Dinniss szerint a gömbvillám nem más, mint vattacukorszerű, izzó szilíciumgömb, amely akkor keletkezik, amikor egy villám belecsap a földbe. A hatalmas áramerősség és a keletkező hő hatására a föld szilícium-dioxid-tartalma alkotóelemeire bomlik, és a szilíciumionok ritkás gömb alakot vesznek föl.

Több ezer beszámoló alapján a gömbvillám fehér vagy sárgás fényű, nem fényesebb egy 100 wattos izzónál, kiterjedése egy golflabda és egy strandlabda mérete között változik. A szemtanúk elmondása szerint átlagosan 10-15 másodpercig látható, és robbanásszerűen vagy fény- és hangjelenség nélkül tűnik el. A gömbvillám úszik a föld közelében, mozgásirányát látszólag nem befolyásolja a szél. Megfigyelték, hogy a földnek ütközve visszapattan, elektromos tér hatására pedig eltérül.

A parajelenségekkel foglalkozó kutatók szerint a gömbvillám az úgynevezett közönséges villámláskor keletkezik, úgy, hogy a villám íve megtörik, és a töréspontnál kilépő energiából gömbvillám jön létre. A dolog érdekessége, hogy a villámlástól számított néhány másodperc elteltével, a keletkezés helyétől több száz kilométerre is észlelhetik.

A gömbvillám nappal kevésbé, éjszaka viszont jól látható, de csak ritkán pusztít. Helyi zivataroktól függetlenül, zárt térben is megjelenhet. Egyes beszámolók szerint előfordul, hogy tárgyakat szippant magába, vagy tárgyak esnek ki belőle. A legtöbb megfigyelés rombolás nélküli esetet ír le, ezért ezt a kategóriát több csoportra osztottuk.

Az első csoportba azok a megfigyelések tartoznak, ahol a gömbvillám kísér valakit vagy valamit, esetleg járművet.

Egy másik csoportba tartoznak azok az esetek, amikor a gömbvillám bemegy egy szobába. Az észlelések jelentős része tartozik ebbe a csoportba, amiből az következik, hogy valamilyen fizikai hatás eredményeképpen a gömbvillám “megtalálja" a helyiségek nyílásait. Ez azért lehetséges, mert a helyiségekben az elektromos potenciál a környezethez képest alacsony. Ez vonzza a gömbvillámot, ami az elektromos töltést leadva megemeli a helyiség potenciálját, s ezért távozik.

Amikor egy élő szervezet kapcsolatba kerül a gömbvillámmal, a test úgy viselkedik, mintha erős egyenáramot vezetnének bele. A szervezetben hidrogént és oxigént gerjesztve a test folyadékaiban apró buborékok jönnek létre, és a test görcsös állapotba kerül. Ha a szív, vagy a tüdő izmait éri ez az erős hatás, leállhat a légzés, illetve megbénul a szívműködés.

Többféle energiájú gömbvillám létezik, és az élő szervezetekkel érintkezve már a kisebb energiájú gömbvillám is akár halált okozhat, miközben tűz nem keletkezik. A nagyobb energiájú gömbvillám már nem csak tüzet gyújt, égést okoz, hanem rombolhat is. Az ilyen égés azonban nem hagyományos tűz, ezért ha ilyet észlelünk, nem szabad megpróbálni a vízzel való oltást, mert robbanáshoz vezet.

Attól függően, hogy a villám milyen károkat okoz, megkülönböztetünk elsődleges és másodlagos villámjelenséget.

Elsődleges villámjelenségek

Az elsődleges villámjelenségek a közvetlen villámcsapások által kiváltott jelenségek. Ezek vagy szabadvezetékek (villamos energia hálózat, telefonhálózat stb.), a villámlevezető (villámhárító), fák, házak, kiemelkedő tereptárgyak közvetlen villámcsapása által következnek be.

Az elsődleges villámjelenségek, a villámcsapás hőhatása és az ennek következtében előforduló tűzesetek a villám erőhatásai. Az elsődleges villámjelenségek elleni védekezés legfőbb célja a villám lehető leggyorsabb fölbe vezetése, a villám energiájának csökkentése. Ennek legfőbb eszköze a megfelelően elhelyezett villámhárító.

Mire való a villámhárító?

A kérdés talán nem is annyira ostoba, mint amilyennek első olvasásra tűnik. A villámhárító ugyanis egy dologra biztosan nem alkalmas: a villámok „hárítására”! Ez a köznyelvben és a szakmai terminológiában egyaránt elterjedt megnevezés kissé félrevezető. Bár az épületekre szerelt villámhárító feladata valóban az, hogy megóvja az épületet a villámcsapás mechanikai és termikus hatásaitól, mindez azonban nem úgy történik, hogy a villámhárító „elijeszti”, hanem – éppen ellenkezőleg – „magához vonzza” a villámokat. A villám – leegyszerűsítve – nagy energiájú villamos ívnek tekinthető, amely rövid ideig (legfeljebb a másodperc ezredrészéig) létezik. Eközben az ívben folyó nagy áramok hatására erős elektromágneses erőtér keletkezik, és az ív néhány centiméteres környezete több ezer fokra hevül. Így például ha a villám egy kéménybe csap, a kémény valószínűleg szétrobban, a tető pedig – anyagától függően – akár meg is gyulladhat. A villámhárító kialakításánál fogva alkalmas arra, hogy levezesse a villám energiáját tűz vagy mechanikai sérülés veszélye nélkül. A villámhárító fontos veszélymegelőző szerepe miatt szabvány határozza meg, hogy milyen épületre milyen villámhárítót kell felszerelni. A villámhárító tehát arra szolgál, hogy levezesse a villám energiáit, anélkül hogy mechanikai károsodás vagy tűz keletkezne. Sokan ebből arra a következtetésre jutnak, hogy villámhárító alkalmazásával a villámok elleni védekezés feladata megoldottnak tekinthető. Sajnos, ez csak részben igaz.

Amikor villámcsapás éri a villámhárítót, az nagy áramot vezet le a földbe. Ettől a szakszerűen tervezett és kivitelezett villámhárító, illetve a védett épület ugyan nem károsodik, azonban a levezetett villám áramának egy része behatol az elektromos hálózatba, és ez az érzékeny berendezéseket (számítógép, szórakoztató elektronikai eszközök stb.) tönkreteheti, rosszabb – és szerencsére ritkább – esetben elektromos zárlatot, esetleg tüzet okozhat. Ilyenkor nem közvetlenül a villám teremt veszélyhelyzetet, hanem annak másodlagos hatása okoz kárt.



Másodlagos villámjelenségek

A másodlagos villámjelenségek a nem közvetlen villámcsapás által okozott károk megnevezése. A villamos energia, telefon, kábel tv hálózatokba közvetlenül csapó villámok a hálózatokon tovaterjedhetnek. A villámok túlfeszültséget indukálhatnak, mely olyan mértéket ölthet, hogy a hálózatra kapcsolt elektromos és főképp az elektronikus berendezések tönkremennek. Sajnos hőn szeretett számítógépünk pontosan ez a kategória, ahol a veszélyt növeli, ha minél több hálózatra egyidejűleg csatlakozunk (pl. tápellátás, Internet-telefonhálózat, TV vevő - kábeltv)

Védekezés

Hogyan védekezhetünk túlfeszültségek ellen? Az egyik védekezési mód régóta közismert: zivataros időben ajánlatos az antennavezetéket kihúzni a TV-készülékből. Ha megszüntetjük a kapcsolatot a túlfeszültséget „behozó” hálózat (antennavezeték) és az érzékeny elektromos berendezés (TV) között, akkor megszüntettük a veszélyhelyzetet. Ez a módszer sajnos nem mindig alkalmazható: a telefonközpontot, a számítógépet, az épületgépészeti berendezéseket – amelyek tartalmazhatnak túlfeszültségre érzékeny elektromos egységeket – nem mindig lehet egyszerűen „kihúzni a konnektorból”. Amikor a hálózat és a berendezés kapcsolatának megszakítása nem megoldható, vagy nem célszerű, akkor túlfeszültség-védelmi eszközök alkalmazása ajánlott (sőt, vannak olyan létesítmények, ahol az ilyen eszközök alkalmazása kötelező).

Túlfeszültség-védelmi eszközök

A túlfeszültség-védelmi eszközök működési alapelve rendkívül egyszerű: a túlfeszültség idejére – a másodperc néhány milliomod részére – rövidre zárják az elektromos vezetékeket, majd visszaállnak alaphelyzetbe. Mindez úgy történik, hogy az üzemelő fogyasztó – például számítógép – „észre sem veszi”. Az alapelv megvalósítása a gyakorlatban természetesen bonyolult feladat, hiszen az elektromos hálózaton rövidzárlatot okozni – méghozzá úgy, hogy a hálózat ne kapcsoljon ki, ne vágja le a kismegszakítót – kényes feladat, amely gondosan megtervezett védelmi eszközöket igényel. Ráadásul a (működő) túlfeszültség-védelem kialakítása egyetlen készülékkel szinte soha nem oldható meg. Ennek okai közül a két legfontosabbat emeljünk ki:

• A villámcsapás másodlagos hatásaként létrejövő energia még mindig nagyon nagy, ezért levezetését több lépcsőben (fokozatban) kell megoldani. Az egyes fokozatokban különböző készülékek összehangolt működése biztosítja az energia szabályozott elnyelését.
• A villámcsapás másodlagos hatásaként létrejövő túlfeszültség nemcsak az elektromos hálózaton, hanem a kábeltévé- és a telefonhálózaton is terjed. (Végeredményben ezek is elektromos hálózatok.) E hálózatok elektromos jellemzői (például a feszültségük) és kialakításuk (a vezeték keresztmetszete, az alkalmazott csatlakozók fajtái stb.) olyan mértékben térnek el egymástól, hogy egyetlen készülékkel nem oldható meg valamennyi hálózatfajta védelme.

Mi történik, ha a villám embert talál el?

A közvetlen villámcsapás leggyakrabban olyan személyeket ér, akik exponált helyen tartózkodnak, mint például: hegytetőn, hegygerincen; sík, szabad terepen; nagyobb vízfelületen. Ilyenkor az ember a villámhárító szerepét tölti be, és magához vonzza a villámot. A közvetlen villámcsapás rendszerint halálos.

Ha a villám a föld felszínét éri, az áram „megkeresi” a legkedvezőbb utat. Ezt a terepen nem mindig lehet könnyen megállapítani. Szilárd, nedves talajon rendszerint a felszínen fut végig úgy, hogy a rövid mélyedéseken inkább átugrik, és nem követi a talaj felszínét. Ha az emberi test képez hidat két ilyen pont között, akkor az áram átfut rajta.

A nedvesség a bőr ellenállását annak huszad részére csökkentheti (a száraz bőrfelület ellenállása kéztől kézig 100 000 ohm, a nedves bőré 5000 ohm, vagy még kevesebb).
Mit tehetünk, ha a villámlás szabad ég alatt fog el?

· kerüljük az exponált helyeket, például a hegycsúcsokat, hegygerinceket, a magasabb fákat, vagy a szabad, sík területeket (villámhárítóként működnek).
· kerüljük a nedves talajt, patakokat, vízeséseket és azonnal hagyjuk el a vízfelületeket (villámhárítók, rövidre zárási lehetőség).
· kerüljük a kőomlás veszélyes csurgókat, szakadékokat (kőomlás, rövidre zárási lehetőség).
· Ha gépkocsi áll a rendelkezésünkre, használjuk Faraday kalitkaként (az ablakokat zárjuk be, ne érintsük meg a fémrészeket), ez nyújtja a legnagyobb védelmet.
· Kerüljük a kiugró sziklákat, magukban álló nagy sziklákat, kis odúkat és barlangokat (rövidre zárási lehetőség).
· Csak akkor bújjunk mélyedésbe, ha az legalább 1,5 méter mély.
· Csak akkor keressünk védelmet barlangban, ha abban a bejárattól, a tetőtől és a falaktól legalább 1,5 méter távolságra lehetünk.
· Használjuk ki a fal által nyújtott védőzónát. A fal magassága legyen legalább a testhossz nyolcszorosa, a faltól való távolság pedig legalább egy testhossz.
· Guggoljunk le (zárt lábakkal és térdekkel hogy csak egy ponton érintkezzünk a környezettel), lehetőség szerint 10-30 cm vastag szigetelőréteget téve a talpunk alá (ruha, esőköpeny, száraz kő).
· Ha rendelkezésünkre áll alumínium mentőfólia, terítsük testünkre úgy, hogy az a talajjal ne érintkezzen. Kisegítő (gyenge) Faraday-kalitkaként működik.
· Az emberi test elektromos ellenállása csekélyebb és felülete nagyobb, mint a fémből készült felszerelési és használati tárgyainké, így a villámhárító hatása nagyobb. Ezért nem szükséges megválnunk fémtárgyainktól, amelyek rendszerint fontos használati eszközök.
Mekkora egy halálos villámcsapás valószínűsége?

Statisztikai adatok alapján, mely a népességre vetített villámbaleseteket veszi alapul, ez az érték 1: 28.000. Természetesen ez az érték sok egyéb tényezőtől is függ. Ilyen például a földrajzi elhelyezkedés vagy a pozíció (például a Szaharában elég kicsi lehet az esély, de egy viharos hegytetőn igen nagy). 10 villámcsapásból 9-et (!) különböző, főképp pszichológiai jellegű sérülésekkel túlélnek az emberek

Nagyon érdekes a bolygónk villámtérképe. A NASA felmérése szerint a legtöbb becsapás Florida, a Himalája és Közép-Afrika területén következik be. Az óceánok és a sarkköri területek fölött azonban szinte sohasem villámlik. Két meteorológiai műhold többéves megfigyelése alapján készítették el azt a villámtérképet. A villámok az említett Floridában évente mintegy tíz embert fosztanak meg életüktől. A Himalája szintén elektromos „forró pont”, mert az Indiai-óceán felől érkező nedves légtömegeket a magashegység megkeveri. A „globális villámközpont” azonban Közép-Afrika, ahol egész évben viharok tombolnak. Az arktiszi és az antarktiszi területeken keveset villámlik, mert a vízfelszín fölötti levegő ritkán melegszik föl annyira, hogy a magasba törve vihart kavarjon. A műholdas adatok szerint az északi féltekén nyáron villámlik többet, az Egyenlítő körül inkább tavasszal és ősszel. Hazánkban nemcsak nyáron, ősszel vagy tavasszal is villámlik, de előfordul téli zivatar is, habár igen ritkán.
A természet e szép színjátéka még sok titkot rejt magában, csodálhatjuk szépségét, de a komoly veszélyről ne feledkezzünk meg.

Kísérlet

Egy üvegtálba vizet öntünk, két szélére a vízbe egy-egy elektródot helyezünk, majd ezeket 220 V feszültségre kapcsoljuk. Így potenciálkülönbséget biztosítotunk az elektródok közöt. A víz tetejére egy sztiroporlapot helyezünk, amelybe két led diódát szúrtunk. A diódák szárai a vízben lebegnek, egymáshoz viszonyítva derékszögben helyezkednek el. Közülük az világít, melynek szárai között megfelelő potenciólkülönbség jön létre. Ez modelezi azt a jelenséget, amikor egyes nagytestű állatok (tehenek, lovak) életben maradnak, mások viszont elpusztulnak, amikor a villám lecsap a mezőn. A vízben hasonlóan alakul ki ez elektromos tér, mint amikor villám csap le a mezőre. Azok az állatok pusztulnak el, melyek a villám lecsapásának irányában állnak. A kísérletben is az ilyen helyzetű dióda világít. Ha viszont a villámcsapás helyéhez képest oldalt áll a tehén, akkor életben maradhat (az elektródákat összekötő képzeletbeli egyenesre merőlegesen álló diáda sem világít).
A kísérletet Sóti György fizika szakos egyetemi hallgató segítségével végeztem el.

Az úgynevezett lépésfeszültséget szemléltetik az ábrák:



Képeim a kísérletről:


ISSN 2334-6248 - Elektronikus folyóiratunk havonta jelenik meg. ©2022 Fókusz. Minden jog fenntartva!
Design by predd | Code by tibor