رعد و برق

آذرخش یا رعدوبرق یك تخلیه ی الكتریكی شدید و بسیار سریع در هواست و همین تخلیه الكتریكی است كه نور و صدا تولید میكند.پیش از ایجاد رعدوبرق ابرها طی فرایندهایی بشدت باردار میشوند كه این بار معمولا مثبت است, روی سطح زمین بار منفی القا میكند و به این ترتیب مجموعه ی ابر هوا و زمین به یك خازن بسیار بزرگ تبدیل میشود كه لحظه به لحظه بارشان بیشتر میشود و بنابراین اختلاف پتانسیل دو قطب ان در حال افزایش است. بالاخره مقدار این بار الكتریكی انقدر زیاد میشود كه اختلاف پتانسیل بین ابر و زمین به ۱۰ تا ۱۰۰ میلیون ولت میرسد.
میدان الكتریكی حاصل از چنین اختلاف پتانسیلی میتواند هوا را با اینكه در حالت عادی نارساناست در یك سیر خاص یونیزه و انرا به رسانا تبدیل میكند.به محض اینكه چنین سیری از مولكولهای یونیزه رسانا از ابر تا زمین ایجاد شود بارهای الكتریكی به طرف هم حركت میكنند و در عرض یك ده هزارم ثانیه جریان وحشتناكی در حدود ۳۰ هزار امپر از هوای یونیزه میگذرد.اما هر جریانی ضمن عبور از ماده با مقاومت اتمهای ان روبرو میشود و این مقاومت بخشی از انرژی الكتریكی را به گرما تبدیل میكند. با استفاده از اصول اولیه الكترومغناطیس میتوانید تخمین بزنید این جریان در ولتاژ ۱۰ میلیون ولت توان گرمایی در حدود ۱۰۰ میلیارد وات دارد.چنین توانی حتی در مدت زمان ناچیز - یك ده هزارم ثانیه - میتواند گرمایی در حدود ۱۰ میلیون ژول ایجاد كند این گرما باعث میشود دمای هوا در مسیر اذرخش به ۳۰ هزار درجه سانتی گراد برسد اگر كمی با قوانین حاكم بر گازها اشنایی داشته باشید می بینید كه این تغییر ناگهانی دما (از حدود ۳۰۰ كلوین به ۳۰۰ هزار كلوین) حجم هوا را ۱۰۰ برابر میكند و این یعنی یك انفجار واقعی انبساط سریع و شدید هوا یك موج ضربتی shock waveدر هوای اطراف ایجاد میكند كه با سرعت صوت و به شكل تندر یا رعد به گوش شما میرسد.
این از بخش صوتی ماجرا,اما گرمای ایجاد شده غیر از انبساط بلاهای دیگری هم سر مولكولهای هوا میاورد.لامپ معمولی را به یاد بیاورید (لامپ نئون مثال بهتریست) یك جریان نه چندان زیاد از رشته تنگستن میگذرد و دمای ان را به بیش از ۲۰۰۰ درجه میرساند .این دما انرژی لازم برای بر انگیختگی اتمهای فلز را فراهم میكند.اتمها بر انگیخته میشوند و در بازگشت انرژی اضافی را به صورت فوتونهای نوری ازاد میكند و به این ترتیب رشته تنگستن روشن میشود.در اذرخش هم چیزی شبیه این ماجرا اتفاق می افتد:جریان شدیدی از هوا میگذرد ان را گرم میكند و به تابش وا میدارد و تابشی كه یك مسیر نورانی بین ابر و زمین ایجاد میكند.حالا میتوانید تصور كنید اگر هوا نبود رعدوبرق به چه روزی می افتاد؟

منبع : شبکه فیزیک هوپا