Všechna tajemství blesku neznáme

18 Čvc

Blesk je pravděpodobně jedním z nejefektivnějších způsobů, kterými nám lidem příroda dává najevo, že stále ještě pevně třímá otěže vlády na Zemi. Pravda, neničí hromadně města a nezabíjí lidi po stovkách. Ale přesto – pohled, jak paprsek zářivého světla rozčísne noční oblohu a případně rozpůlí strom vedví, je velmi působivý. Současně tím říká: človíčku, možná tomu už rozumíš, ale nemáš na to, abys s tím něco udělal.

Je známo, že hlavně staré civilizace se bály přírodních jevů, a protože je nedokázaly vysvětlit, přisuzovaly je bohům. Vládce řeckých bohů Zeus byl mimo jiné znám také jako vládce blesků. Tu a tam bývá dokonce zobrazován s bleskem v ruce. Smutnou pravdou je, že ani v dnešní době nedokážeme stoprocentně říct, jak se dokážou mraky nabít tolik, že vypouštějí blesky, jejichž teplota je mnohdy větší než teplota na povrchu Slunce.

Koloběh vody v přírodě

Je důležitý pro pochopení vytvoření náboje v mracích. Koloběh vody je snadné odvodit. Ale pro pořádek si ho zopakujme. V zásadě probíhá takto:

  1. Voda kdekoli na Zemi je ohřívána slunečním zářením nebo i ze zdrojů v teplejším okolí vodní plochy.
  2. Když tato voda přijme dostatek tepla, začne se postupně vypařovat (z fyzikálního hlediska se vlastně odpařuje neustále).
  3. Tyto molekuly vody, v této době už ve formě páry, stoupají stále výše a postupně se ochlazují od okolního prostředí.
  4. Molekuly vodní páry se zchladily natolik, že zkondenzovaly zpět ve vodu a začínají padat díky zemské gravitaci. Pokud je okolí dostatečně chladné, mohou molekuly vody přejít dokonce do pevného skupenství a padat ve formě sněhu nebo krup.

Koloběh vody se stále opakuje, a když už známe jednotlivé části koloběhu, můžeme je zasadit do jednotného celku. Voda se působením slunce vypařuje z oceánů a v atmosféře kondenzuje v mraky. Mraky se přesunují nad pevninu, kde voda padá zpět na zem. Z ní se řekami vrátí zpět do oceánu. Takto lze velmi jednoduše charakterizovat koloběh vody. Je samozřejmostí, že některé kapky nedopadnou do řek, ale vytvářejí louže nebo rozšiřují jezera a rybníky. Nicméně postupem času se voda buďto vsákne do země a do oceánu doputuje formou podzemních přítoků povrchových toků nebo se zase vypaří a celý cyklus se opakuje. Až do této chvíle se jedná o prostou fyziku ze základní školy, ale v tomto momentě jednoduchost končí.

Blesk nad Paříží

Úder blesku do Eiffelovy věže

Kondenzátor

Velmi jednoduše řečeno, kondenzátor je zařízení, které může uchovávat elektrickou energii. Obecně se sestává ze dvou vodivých desek a nevodivého prostředí mezi nimi. Energie je uchovávána v homogenním elektrickém poli, které se vytvoří rozdělením nábojů. Důvod, proč popisujeme kondenzátor, je, že mrak se také chová jako takový kondenzátor. Dokáže uchovávat velké množství elektrické energie.

Polarizace

Mrak se tedy chová jako velký kondenzátor. Jeho spodní část je nabita záporně a vrchní část kladně. Čím je to způsobeno, se přesně neví, ale většinou se aplikuje jedno ustálené uspokojivé vysvětlení. Jedním z produktů koloběhu vody je tvorba mraků. Mraky mohou být tvořeny kapičkami vody v množství odpovídajícím milionovým řádům. Do molekul vody v mracích narážejí molekuly páry stoupající vzhůru. Důsledkem těchto srážek je uvolnění elektronů ze stoupající páry. Volné elektrony se shromažďují v dolní části mraku, zatímco vodní pára s kladným nábojem se shromažďuje v horní části mraku. Kromě srážek hrají důležitou roli i nízké teploty ve stoupající výšce. Jestliže stoupající molekuly začínají díky malým teplotám v horní části mraku mrznout, získávají záporný náboj. Dosud nezamrzlé kapičky vody získávají kladný náboj. Stoupající vzduch vynáší pozitivně nabité kapičky do horních vrstev mraku, zatímco záporně nabitý led klesá do nižších vrstev a eventuálně padá na zem. Oba tyto jevy vytvářejí až extrémní polarizaci mraku. A stejně jako v kondenzátoru se vytváří mezi těmito opačně nabitými plochami elektrické pole. Síla takového pole samozřejmě závisí na množství nábojů v jednotlivých vrstvách. Proces separace nábojů stále pokračuje, a tak se elektrické pole stává silnějším, až překročí únosnou mez. Potom je dolní část mraku natolik záporná, že elektrony na zemském povrchu jsou zatlačeny hlouběji. Jak známo – částice se stejným nábojem se odpuzují. Tím pádem vystupují na povrch kladné náboje a my si můžeme přestavit na dolní části mraku velké minus, zatímco na Zemi se nachází velké plus.

Cesta z blesku mraku

Silné elektrické pole rozbíjí vzduch na kladné a záporné ionty, tedy ionizuje vzduch. V podstatě to znamená, že kladné a záporné ionty jsou od sebe dál než v normální molekulové struktuře. Díky tomu se mohou elektrony pohybovat mnohem volněji než dříve. Ionizovaný vzduch, nazývaný také jako plazma, je více vodivý než vzduch obyčejný. Vytváří se tedy cestička, kterou může elektrický proud téci snáze. Když se vytváří plazma, tak se nevytvoří pouze jeden pruh vedoucí od mraku k Zemi, ale většinou se vytvoří několik pruhů ionizovaného vzduchu. A ani tyto pruhy nesměřují kolmo k zemi, protože jakýkoliv předmět – a stačí i maličký – pozmění dráhu ionizovaného pruhu vzduchu. Záleží také na natočení mraku vůči Zemi. Tyto pruhy se nazývají vodiče. Vodiče ne vždy dosáhnou Země a mohou založit i nové vodiče, jestliže se například rozdělí o smítko ve vzduchu. Takovéto vodiče vlastně čekají, dokud jimi neproběhne proud. První vodič, který se dotkne země, vytváří vodivou dráhu, jíž se spojí mrak se Zemí a po níž pak projede blesk.

Odpověď

Ale aby to nebylo tak jednoduché, musíme vzít v úvahu to, jak reagují na tak silné elektrické pole předměty. Tyto předměty v blízkosti blížících se vodičů vysílají pozitivní pruhy. Úkolem těchto pruhů je čekat, až do nich nějaký vodič narazí. Díky nepravidelnosti to nemusí být ten nejbližší pruh a jde tu tedy hlavně o štěstí, který z nich se stane vyvoleným. Jakmile se některý vodič s některým pruhem spojí, je vše připraveno pro velkou akci.

Hromy a blesky

Oslnivé světlo, které vidíme, když udeří blesk, je způsobeno výbuchem vzduchu. Jelikož je klín blesku teplejší než povrch Slunce, je pochopitelné, že zapálí vzduch v okolí. Součástí této exploze je i hrom. Hrom je v podstatě zvuková vlna způsobená explozí vzduchu. Zvláštní je, že i tato vlna dokáže poškodit a v blízkosti úderu blesku je cítit, jak se všechno otřese. Jelikož je rychlost světla vyšší než rychlost zvuku, vidíme blesk dříve, než slyšíme zvuk hromu.

Velká akce

Jistě jste si někdy všimli, že blesk má občas i několik větví, které nedosáhnou Země. Tyto větve jsou odštěpené vodiče z toho, co to dotáhlo až na nosiče blesku. Je to dáno tím, že i tyto nevyužité větve dodávají proud hlavnímu vodiči a přenosem proudu se i v nich vytváří teplo nutné k explozi.
Pozoruhodné je, že hlavní úder blesku bývá často následován dalšími údery. Tyto údery kopírují dráhu hlavního úderu, ale ostatní větve se jich už neúčastní. Za sebou mohou následovat okamžitě, takže celý proces vypadá jako jednolitý úder anebo se jeví jako údery v určitých intervalech. Těchto dodatečných úderů může být až 30 nebo 40.

Blesky v Athénách

Variace blesku

Známe několik typů úderů i několik typů blesků. Údery známe tři:

  1. Z mraku na Zem – standardní blesk.
  2. Ze Země do mraků – jestliže sledujete celý proces, viděli byste, že úder začíná od Země a postupuje vzhůru.
  3. Mezi mraky – vlastně standardní blesk, ale Země je nahrazena jiným mrakem.

Každý blesk je originál a je těžké ho charakterizovat. Zvláštní kategorií je kulový blesk, jenž se jeví jako relativně pomalu se pohybující koule spalující předměty stojící v cestě. Vydrží, dokud se nevyčerpá nebo neexploduje, ale znalce a fanoušky knih Harryho Pottera napadne jiná asociace s kulovým bleskem. Tak se totiž jmenuje koště, na kterém Harry v současnosti létá. To samozřejmě říkáme s humornou nadsázkou, v jejímž podtextu nacházíme skutečnost, že podstatu kulového blesku ani současná fyzika, simulující třeba už i Velký třesk, dosud odpověď nenalezla.

Otazníky nad blesky

Byl to americký vědec a politik Benjamin Franklin, kdo prováděl pokusy a činil první objevy na poli blesků. Učinil také jeden velmi nebezpečný pokus, když v roce 1752 vypustil papírového draka do mraků. Také jemu se připisuje vynález bleskosvodu (v dnešní době spíš užíváme termín hromosvod), k němuž nezávisle dospěl i vzdělaný český kněz Prokop Diviš, jenž první stoprocentně účinný bleskosvod vztyčil 15. července 1754 v Příměticích u Znojma. Hromosvod je považován za první případ praktického použití poznatků o elektřině. Estonský vědec Georg Wilhelm Richman dokonce při experimentování s atmosférickou elektřinou v roce 1753 zahynul. Po více než 250 letech nevíme všechno. Víme vlastně pořád jen to základní, že elektrický náboj je obsažen v blesku, nikoli v hromu.

One Response to “Všechna tajemství blesku neznáme”

  1. Děd #

    Kulový blesk je vlastností sítnice lidského oka. Silné ozáření sítnice blízkou jiskrou způsobí stopu na sítnici na dobu až vteřin, oko samozřejmě vykonává pohyb, bez kterého bychom nic neviděli a stopu analyzuje nervový sytém jako chaoticky se pohybující zářivý objekt. Například v železničních opravnách se v rozlehlém poli kolejnic za bouřky běžně „ukazují“ i menší „kulové blesky“ protože jiskry propojují místa s rozdílným potenciálem v zemi při rozptylování elektrického náboje po úderu velkého blesku.
    Oko se snadno zachytí směru kolejnic, proto zaměstnanci popisují jak „kulový blesk pluje zvolna po kolejnici než zmizí“. O zbytek se postará stress a sugestivní kolektivní sdílení informace.
    Jenom na fotografii to není…

Leave a Reply