Powstanie pioruna i jego siła...

 

Piorun sam w sobie jest przepływem energii elektrycznej.

Elektrostatyczny przeskok iskry pomiędzy dwoma ciałami na mniejszą skalę obserwujemy na co dzień.

Jeśli naładowani poprzez tarcie dywanu lub innego materiału zbliżymy dłoń do metalowego przedmiotu doświadczymy, że pomiędzy dłonią a przedmiotem przeskoczy iskra. Dzieje się tak bo jesteśmy naładowani ładunkami, a one mając w pobliżu miejsce obojętne elektrycznie, lub naładowane przeciwnymi ładunkami wywołują w powietrzu wyładowanie elektryczne. Im więcej ładunków nagromadzonych i im większa różnica ładunków występujących na przedmiotach - tym na większą odległość może przeskoczyć iskra. Dużą rolę w tym zjawisku odgrywa wilgotność i kształ: wilgotność powietrza - im większa tym łatwiej dochodzi do wyładowania; kształt przedmiotu - rozmieszczenie ładunków zależy od krzywizny przedmiotu (ładunki gromadzą się głównie na ostrzach i kształtach wypukłych).

Pioruny w przyrodzie powstają w wyniku nagromadzenia się ładunków elektrycznych w chmurach. W pierwszej fazie następuje gromadzenie się ładunków w dolnej części chmury na skutek zderzeń kryształków lodu znajdujących się wewnątrz chmury. 

Napięcie zapłonu jest rzędu 1000000 V.

Taki potencjał chmura wytwarza w ciągu pół godziny dzięki silnym, wstępującym i zstępującym prądom powietrza. W chmurze burzowej występują duże krople deszczu, bryłki gradu i lodu. Wędrują one, zderzają się, a rozpadając się na mniejsze wytwarzają ładunki elektryczne. Cząstki spadające zyskują ładunek ujemny, zaś unoszące się - ładunek dodatni. W związku z tym ładunki ujemne gromadzą się w dolnej części chmury, z kolei dodatnie - w górnej. Zgodnie z regułami fizyki, w polu elektrycznym ujemne elektrony zaczynają się przesuwać się w kierunku źródła ładunków dodatnich, zaś dodatnio naładowane jądra wolą np. elektrodę, ziemię lub część chmury naładowaną ujemnie. Jeżeli ładunki natrafią na przeszkodę gromadzą się aż powstała różnica potencjałów pozoli uzyskać na tyle dużą energię by przebić się przez przeszkodę. Może to być wyładowanie pomiędzy różnymi chmurami, między różnymi obszarami jednej chmury, ziemią lub wodą.

Elektrony zaczynają poruszać się w kierunku ziemi tworząc tzw. wyładowanie pilotujące (to wyładowanie porusza się małymi odcinkami rzędy 30 metrów). Jeżeli jest wystarczająco duże natężenie pola elektrycznego (ponad 100V/cm) to nastąpi rozwój wyładowania głównego. Po przebyciu kilkudziesięciu metrów wyładowanie zatrzymuje się na milionową część sekundy, pokonuje kolejne kilkadziesiąt metrów, zatrzymuje, itd. Strumień ten jonizuje powietrze przed sobą, by zmniejszyć elektryczny opór powietrza. Początek 'pilota' porusza się z prędkością 10000-100000 km/s (średnio 30000km/s) i nie dosięga zwykle ziemi. Następnie po tym samym kanale, co wyładowanie pilotujące, od chmury wybiega wyładowanie określane jako wstępne. Porusza się ono też przerywanym ruchem, ale z prędkością ok. 10 000 km/s. Teraz świecenie kanału jest intensywniejsze. To wyjątkowo jasne wyładowanie zaczyna biec kanałem w górę i przenosi do chmury prądy dodatnie zwane powrotnymi.Potem następują kolejne wyładowania wstępne oraz powrotne, wykorzystujące ten sam zjonizowany kanał. Cykl powtarzany jest kilkakrotnie w ciągu ułamka sekundy, dopóki ładunki w chmurze nie zostaną zobojętnione. Wyładowanie zanika - podobnie, jak i wyładowanie wstępne, które się powtarza aż do momentu, gdy dotrze w pobliże powierzchni ziemi (około 50 m nad ziemią). Wtedy z powierzchni ziemi wybiega krótka iskra, która dosięga iskrę wstępną. Gdy się połączą następuje przepływ prądu elektrycznego w kanale wyładowania głównego od ziemi do chmury. Powietrze rozdziera błysk pioruna przelatującego z prędkością 100 000 km/h. Natężenie płynącego prądu może sięgać dziesiątek tysięcy amperów i stanowi śmiertelne zagrożenie.