Trasnetul

Trăsnetul este o descărcare electrică disruptivă, care se produce în atmosferă, de obicei, dar nu totdeauna, în timpul furtunilor.

Majoritatea trăsnetelor au loc la altitudine (în interiorul aceluiași nor sau între diferiți nori) și, de obicei, nu sunt observate. Trăsnetele care se produc între nor și pământ sunt numite negative sau pozitive (vedeți figura). Descărcari electrice de mare amploare au loc de asemenea în straturile înalte ale atmosferei.

Protecția împotriva trăsnetului

Protecția împotriva trăsnetului este data de paratrăsnet, un dispozitiv inventat la jumătatea secolului al 18-lea de către Benjamin Franklin. Majoritatea oamenilor loviți de trăsnet sunt surprinși de furtună într-un loc expus sau se află în imediata vecinătate a unui copac lovit de trăsnet.

Avioanele sunt protejate cu un dispozitiv numit în engleză discharge wicks. Acestea sunt elemente metalice ascuțite pe aripi care minimizează sarcina statică care se acumulează pe suprafața metalică a avionului în zbor.

Distanța până la trăsnet

Producerea unui trăsnet este însoțită de fulger și tunet. Decalajul dintre observarea fulgerului și auzirea tunetului se datorează diferenței dintre vitezele de propagare ale celor două unde, luminoasă de ca. 300.000 km/s și acustică (sonoră) de ca. 332 m/s (la 0 °C și presiunea de 1 atmosferă). Din aceasta cauză există un decalaj de timp între recepționarea vizuală (fulgerul) și auditivă (tunetul) a trăsnetului. Acest decalaj crește cu cât trasnetul este mai departe de observator. Distanța în kilometri până la locul lovit de trăsnet se poate afla împărțind numărul de secunde dintre observarea fulgerului și auzirea tunetului la 3. De exemplu, dacă sunt 9 secunde între fulger și tunet, trăsnetul a lovit la aproximativ 3 km depărtare.

Formarea trăsnetului

Incărcătura electrică a unui nor de furtună și a pământului

Benjamin Franklin a demonstrat în anul 1752 cu ajutorul unui zmeu de hârtie prezența unei sarcini electrice în nori de furtună (acesta a observat încărcătura electrică a funiei umede cu care ținea zmeul dar, din fericire, nu a declanșattrăsnetul).

Cercetări ulterioare au stabilit că, în nori de furtună numiți Cumulonimbus (nimbus cumulus), nori în care cu o probabilitate mare vor lua naștere trăsnete, curenții de aer repartizează inegal gheața și apa în interior. Prin frecarea straturilor norului se formează spații cu încărcătură (ionică) electrostatică negativă și pozitivă. Zona de trecere dintre regiunile cu sarcini pozitive și negative au loc la înălțime mare și temperaturi între −10°C și −15°C, aici picăturile de apă din nor transformându-se în cristale de gheață. Stratul superior (de sus) al norului este în mod normal încărcat pozitiv, iar stratul inferior (de jos) negativ. Aceste sarcini induc la rândul lor sarcini de semn opus la suprafața pămantului .

Descărcarea electrică

Trăsnetul este o descărcare electrică care restabileste echilibrul electric între straturile norului de furtună sau între nor și pământ (vedeți figura).

Tensiunea între un nor și pământ a fost măsurată la câteva zeci de milioane de volți. Aerul uscat are o putere de străpungere de ca. 3 milioane de volți/metru care ar duce (considerând lungimea trăsnetului de 1-2 km) la o tensiune mult mai mare decât cea măsurată. Observații asupra trăsnetelor au stabilit că acestea sunt precedate de odescărcare prealabilă, în care aerul este ionizat într-o lavină electronică, rezultând o reacție în lanț, care creează uncanal de aer ionizat pentru trăsnet cu o putere de străpungere de aproximativ 50 de ori mai mică decat a aerului ne-ionizat. Acest canal se formează în vecinătatea corpurilor proeminente de pe pămant, unde intensitatea câmpului electric este maximă. Descărcarea (sau descărcările) principală are loc exclusiv în lungul acestui canal de aer ionizat, de obicei in formă de zig-zag. Există ipoteza că aerul este ionizat de radiațiile cosmice (Charles Thomson, 1925), deși aceasta explicație nu este acceptată de către toți cercetătorii. In prezent, cercetarea trăsnetelor continuă și utilizează mici rachete sau baloane metereologice de cercetare.

Lungimea și durata trăsnetului

Trăsnet negativ

• Descărcarea prealabilă durează 0,01 s, urmată de cea principală de numai 0,0004 s, urmată la rândul ei după o scurtă pauză (de 0,03 s - 0,05 s) de noi descărcări (în medie, 4 sau 5 descărcări principale, sau propriu zise). Au fost observate până la 42 de astfel de descărcări succesive într-un trăsnet, cu un curent mediu de 20 000 amperi.
• Datorită duratei foarte scurte a unui trăsnet, doar câteva microsecunde, intensitatea curentului electric poate atinge sute de mii de amperi, iar temperatura plasmei din interiorul acestuia poate depăși 28 000 °C.
• Un trăsnet atinge în medie lungimea de 1 - 2 km. In zonele tropicale, unde umiditatea aerului e mai ridicată, trăsnetele pot ajunge la 2 - 3 km lungime. În nori s-au observat trăsnete cu o lungime de 5 - 7 km, iar cu ajutorul radarului pentru trăsnete, unele care ating 140 km lungime.
• Tensiunea unui trăsnet cu o lungime de 1 km este de aproximativ 100 milioane de volti. Sarcina totală care este descărcată într-un trăsnet este în medie de 5 coulomb. Cu o durată medie de aproximativ 30 de microsecunde, curentul mediu al unui trăsnet negativ este de aproximativ 100 000 A.
• Energia totală descărcată este aproximativ 500 MJ

Trăsnet pozitiv

Deoarece trăsnetele pozitive au lungimea mai mare și descarcă sarcini de pe suprafețe mai întinse, acestea au o energie mult mai mare decat cele negative.

• Lungimea și, prin urmare, tensiunea sunt de aproximativ 10 ori mai mare decât a trăsnetelor negative
• Sarcina descărcată este de aproximativ 100 de ori mai mare. Prin urmare frecvența de producere este de aproximativ 100 de ori mai mică, comparativ cu trăsnetele negative (mai exact 5 %)
• Durata și curentul sunt ambele de aproximativ 10 ori mai mari
• Energia este de aproximativ 1000 de ori mai mare 

  Trăsnetul pe alte planete

  În sistemul solar au fost observate trăsnete și pe alte planete. Cele de pe Venus și de pe Jupiter sunt cele mai adesea observabile, acestea din urmă, fiind considerate a fi de până la 100 de ori mai puternice, dar de 80 ori mai rare decât cele de pe Pământ.