Burze

Jak powstają burze?

Szybki rozwój ogromnych chmur burzowych ( czyli tzw. cumulonimbus ) i wilgotny chłodny wiatr, zwiastujący zbliżającą się burzę, są dobrze znane w większości regionów świata strefy tropikalnej i umiarkowanej. Na całym świecie w tym samym czasie ma miejsce około 1800 burz. Chmury zaczynają się tworzyć, gdy w chwiejnym wycinku atmosfery rozwija się silny wstępujący prąd ciepłego i wilgotnego powietrza. Gdy rozbudowująca się chmura dorasta do wysokości co najmniej 12 kilometrów, para wodna skrapla się. Wówczas deszcz, śnieg, a nawet grad, padają wewnątrz chmury tak itensywnie, że pojawiają się tam bardzo silne zstępujące prądy zimnego powietrza, opadającego z dużych wysokości. Wkrótce potem niebo przeszywa błyskawica, rozlega się grzmot i spada ulewny deszcz, wyrzucany z chmury przez zmagające się ze sobą prądy powietrza. W końcu zwyciężają prądy zstępujące, tłumiąc ciepłe,wilgotne prądy skierowane ku górze. Deszcz zmniejsza się, wiatr słabnie i burza kończy się prawie tak nagle, jak się zaczęła.

Skąd się biorą pioruny?

We wnętrzu chmury rozbudowują się potężne ładunki elektryczne. Nie jest całkowicie jasne, jak to się dzieje, ale wiadomo, że ładunki dodatnie rworzą się w pobliżu wierzchołka chmury, zaś ujemne - w okolicy jej podstawy. Ładunki ujemne przyciągane są przez dodatnio naładowaną powierzchnię ziemi. Powietrze jest jednak dobrym izolatorem i przez pewien czas uniemożliwia przepływ elektryczności, który mógłby zrównoważyć ładunki. Gdy napięcie staje się dostatecznie wysokie, następuje dwuetapowe uderzenie pioruna. Szereg tak zwanych błyskawic-przewodników spada z chmury zygzakami w dół, a równocześnie podobne wyładowania wzbijają się z ziemi ku górze. W wyniku zetknięcia się obydwu wyładowań otwiera się kanał przewodzący między ziemią a chmurą. Wówczas wzdłuż tego kanału przepływa w górę, do wnętrza chmuty, potężny prąd elektryczny. To drugie "powrotne wyładowanie" wytwarza światło, które widzimi jako błyskawicę.

Czy piorun może uderzyć dwa razy w to samo miejsce ?
Do góry


Wbrew znanemu powiedzeniu, prawie każdy piorun uderza w to samo miejsce nie raz, lecz wiele razy. Każda widziana przez nas błyskawica jest bowiem w rzeczywistości serią składającą się z błyskawicy-przewodnika i szeregu wyładowań powrotnych, przebiegających wzdłuż tej samej ścieżki. Seria uderzeń następuje jednak bardzo szybko, dostrzegamy ją więc jako pojedyńczy błysk. Wspomniane powiedzenie nie jest prawdziwe nawet w odniesieniu do dłuższego okresu. Zawarte w gruncie ładunki elektryczne gromadzą się bowiem podczas burzy w najwyżej położonych miejscach, co sprawia, że miejsca te przyciągają błyskawice-przewodniki. W wiele wysokich drzew oraz budynków pioruny uderzają więc nie tylko dwa, ale nawet wiele razy.

Jak powstaje grzmot?
Do góry


Temperatura wewnątrz pioruna może osiągnąc przeszło 15 tysięcy stopni celcjusza, jest więc wyższa niż temperatura powierzchni Słońca. Ten nagły dopływ ciepła może powodować rozerwanie pni drzew wskutek zamiany ich soków w parę albo zamieniać piasek w bryłki szkła. Powietrze wzdłuż drogi przebiegu pioruna ulega również silnemu ogrzaniu i rozszerza się tak gwałtownie, że wytwarza drgania, które słyszymy jako grzmot. Przy bliskim uderzeniu pioruna jest to huk podobny do wybuchu, zaś przy odległym wyładowaniu rozlega się przeciągły łoskot, gdyż fale dżwiękowe załamują się w atmosferze oraz odbijają od nierówności terenu. Światło biegnie szybciej niż dżwięk, można więc określić, jak daleko od nas uderzył piorun. Licząc sekundy upływające od błysku do grzmotu i dzieląc ich liczbę przez 3, otrzymujemy odległość w kilometrach dzielącą nas od tego miejsca.

Bezpieczeńtwo sprzętu elektycznego
Do góry


Wyładowanie atmosferyczne może stanowić zagrożenie dla nowoczesnych urządzeń elektrycznych i elektronicznych. Obserwacje wykazały, że bez zastosowania odpowiednich środków ochrony urządzenia elektroniczne znajdujące się w obszarze o promieniu 1,5 km od miejsca uderzenia pioruna mogą ulec zniszczeniu.
Zakładając, że intensywność burzowa w Polsce jest na poziomie 20-25 dni burzowych w roku, roczna liczba uderzeń pioruna na 1 km2 powierzchni wynosi od 1,8 od 2,5 uderzenia. Tak więc w ciągu roku naszym urządzeniom elektronicznym może zagrozić kilkanaście udarów przepięciowych. Aktualizacja i weryfikacja danych dotyczących ilości wyładowań możliwa jest dopiero przy korzystaniu z nowoczesnego systemu automatycznej rejestracji wyładowań piorunowych.

ZAGROŻENIE
przy występowaniu 2-3 wyładowań na 1 km2 w ciągu roku nasz sprzęt elektroniczny może być zagrożony:

1.5 * 1.5 * 3.14 *2 = 14
1.5 * 1.5 * 3.14 *3 = 21

statystycznie od 14 do 21 razy

Niebezpieczeństwo pojawienia się szkodliwych impulsów przepięciowych wynika w głównej mierze z częstego nie uwzględniania tego problemu w fazie projektowania różnego rodzaju instalacji. W przypadku, gdy impulsy przepięciowe mają charakter przypadkowy (wyładowania atmosferyczne, procesy łączeniowe w liniach elektroenergetycznych), jeżeli nie zastosowano odpowiednich środków zabezpieczających, użytkownik dowiaduje się o możliwości ich wystąpienia najczęściej już po fakcie - szacując straty, jakie poniósł w wyniku przepięcia.

Szacuje się, że nakłady ponoszone na zaprojektowanie i wykonanie kompleksowej ochrony odgromowej i przepięciowej stanowią drobny ułamek procenta w porównaniu z nakładami ponoszonymi na budowę i wyposażenie dużych obiektów budowlanych o charakterze biurowym czy przemysłowym. Czy należy więc ponosić dodatkowe nakłady na budowę kompleksowego systemu ochrony odgromowej? Jak wynika z obserwacji przeprowadzonych w USA, a potwierdzonych również w krajach Unii Europejskiej, uszkodzenie lub błędna praca systemów informatyczno-telekomunikacyjnych może spowodować znaczne straty finansowe z bankructwem włącznie (np. w przypadku banków dopuszczalny okres przestoju nie może przekroczyć 2 dni).

Piorun nie musi trafić bezpośrednio w obiekt, aby wystąpiły uszkodzenia sprzętu elektronicznego!