Apa yang Menyebabkan Api Elmo

Apa yang Menyebabkan Api Elmo

Bagi mereka yang tidak akrab, "St. Elmo’s Fire ”adalah nama untuk cahaya yang tampak seperti api biru / ungu yang mengelilingi bagian atas benda logam runcing selama badai.

Fenomena ini dapat melacak namanya kembali ke santo Italia “Sant‘ Ermo ”atau“ St. Erasmus ”sekitar 300 A.D., santo pelindung pelaut Mediterania awal. Cahaya ini cenderung muncul di puncak-puncak tiang kapal selama tahap badai yang meleset. Takhayul umum mengatakan bahwa jika St. Elmo muncul, itu adalah pertanda baik dan jawaban terhadap doa-doa para pelaut, karena lautan yang penuh kekerasan akan mulai mereda dan angin permukaan akan tenang. Haruskah dia (cahaya yang menyala) muncul pada saat cuaca baik, dikatakan bahwa tangan pemandu St. Elmo memperingatkan akan terjadinya badai.

Charles Darwin bahkan menulis tentang fenomena tersebut dalam sebuah surat kepada J.S. Henslow, dia menulis tentang malam yang dihabiskan untuk Anjing pemburu selama badai petir,

Semuanya dalam api, langit dengan petir, air dengan partikel bercahaya, dan bahkan tiang-tiang itu diratakan dengan nyala biru.

Secara ilmiah, fenomena ini dikenal sebagai "pelepasan korona" atau "titik pembuangan." Hal ini dapat, dan umumnya terjadi, terjadi di ujung permukaan konduktif selama badai. Hal ini dapat dilihat di puncak menara gereja, batang yang mencerahkan, ujung baling-baling pesawat terbang dan sayap, dan bahkan bilah rumput dan tanduk pada ternak!

Benjamin Franklin adalah yang pertama atau kurang tepat menggambarkan fenomena ini sebagai listrik atmosfer pada 1749. Dia pikir "api" adalah batang penghilang jalan akan "menarik" listrik badai petir perlahan sebelum membangun cukup biaya untuk membentuk pemogokan.

Korona dapat terbentuk ketika potensi medan listrik (dalam hal ini atmosfer selama badai petir) lebih kuat daripada hambatan (dalam hal ini batang konduktif yang runcing) dari medium apa pun listrik (elektron) akan mengalir melalui. Secara ilmiah, ini dikenal sebagai arus listrik-hukum Ohm sama dengan tegangan dibagi dengan resistensi.

Jadi mengapa hal ini terjadi selama badai petir, dan mengapa itu terjadi lebih mudah dengan benda logam runcing?

Dalam satu kata (atau dua dalam hal ini): keseimbangan elektrostatik. Kesetimbangan elektrostatik adalah kondisi alam di mana konduktor bermuatan (seperti dalam kasus tiang kapal) akan memiliki kelebihan muatan jaraknya sendiri secara merata di seluruh. Ini karena ia memiliki gaya tolak yang sama yang bekerja di seluruh materi. Pada dasarnya, semua elektron yang ada dalam material akan menjauhkan diri secara merata, karena mereka semua saling tolak. Hal ini penting untuk diperhatikan ketika menyangkut konduktor runcing, seperti tiang kapal, dan medan listrik mereka.

Medan listrik akan selalu memiliki gaya yang diarahkan sepenuhnya tegak lurus ke permukaan konduktor. Dalam kasus konduktor rata, ini berarti gaya diterapkan ke bawah. Karena inilah konduktor runcing akan memiliki lebih banyak elektron, dan karena itu lebih banyak muatan, di ujungnya.

Jika Anda mengambil dua magnet dan menempatkannya di permukaan yang datar, mereka dapat saling mengusir jarak tertentu. Jika Anda membengkokkan permukaan datar tiga dimensi itu membuat titik pusat di antara dua magnet ujung, Anda akan dapat menggeser magnet ke arah ujung, dan dengan demikian lebih dekat jika permukaannya rata. Ini karena gaya memukul mundur diterapkan jauh dari permukaan dan bukan pada magnet lawan. Permukaan yang melengkung bertindak di bagian dalam sebagai semacam penyekat, tidak memungkinkan gaya mengalir melaluinya mempengaruhi magnet di sisi lain. Hasilnya adalah muatan lebih pada permukaan melengkung dari konduktor dalam kesetimbangan elektrostatik. Semakin tajam poinnya, semakin jelas hasilnya.

Saya tahu apa yang Anda pikirkan. Mengapa elektron-elektron yang berputar di sekitar atom-atom interior konduktor menyebabkan elektron menyebar lebih jauh dan dengan demikian tidak memungkinkan akumulasi elektron pada permukaan melengkung?

Jawabannya adalah truisme lain yang melibatkan keseimbangan elektrostatik. Hal yang luar biasa tentang muatan seorang konduktor adalah bahwa seluruh muatan hanya ada di permukaan material dan bukan di dalamnya. Garis medan listrik hanya akan memanjang keluar dari permukaan dan bukan ke dalam. Jika ada gaya yang ada di permukaan, maka elektron harus bergerak di sekitar sebagai respons terhadap kekuatan itu dan dengan demikian tidak berada dalam kesetimbangan. Karena mereka sudah dalam kesetimbangan, hasilnya adalah semua muatan yang ada di permukaan. Fenomena inilah yang memungkinkan para geeks ilmu di mana-mana berdiri tanpa cedera di dalam kandang logam (sangkar Faraday) sementara baut petir dengan jutaan volt menggelepar di sekitar mereka.

Jadi sekarang kita tahu bahan-bahan konduktif akan memiliki muatan berlebih pada permukaan melengkung mereka, mari kita bicara tentang mengapa hujan badai menyebabkan kebakaran El Elmo.

Seperti disebutkan sebelumnya, konduktor memiliki medan listrik spesifik. Gas juga dapat memiliki medan listrik. Dalam hal ini, gas adalah udara yang kita hirup. Ketika atmosfernya tenang, pada saat cuaca bagus, kekuatan medan listriknya sekitar 1 volt per sentimeter (tergantung pada susunan yang tepat dari udara yang ada).Ketika badai mulai terbentuk, kekuatan medan listrik akan mulai meningkat dan akan terus melakukannya hingga mencapai sekitar 10 ribu volt per sentimeter. Sekitar titik itu, Anda akan mendapatkan serangan kilat. Itu di jendela peningkatan kekuatan lapangan di atas normal dan sebelum serangan kilat yang mungkin Anda lihat api Elmo.

Jadi sekarang mari kita masukkan apa yang kita ketahui tentang keseimbangan elektrostatik dan apa yang kita ketahui tentang medan listrik yang semakin meningkat dari badai petir dan berbicara tentang mengapa mereka menyebabkan korona.

Awan, dalam hal ini awan cumulonimbus, cenderung memiliki muatan positif berlebih di puncak dan muatan negatif di bagian bawah. Sementara para ilmuwan masih berdebat tentang sifat pasti mengapa ini, teori yang paling umum dikecualikan adalah bahwa ini adalah hasil dari dua proses.

Yang pertama adalah bahwa awan mengandung jumlah tetesan air yang ditangguhkan dan es berputar-putar. Ketika menguap air tanah mencapai awan, elektron dipaksa menjauh dari tetesan naik bermuatan positif meninggalkan muatan negatif di bagian bawah awan.

Mekanisme kedua yang terlibat ada hubungannya dengan es. Ketika air yang menguap naik itu bisa membeku di ketinggian yang lebih tinggi. Cluster es akan cenderung menjadi bermuatan negatif terhadap pusatnya. Saat es berputar di sekitar awan, bagian luar yang bermuatan lebih positif tertinggal ke atas, dan bagian beku yang bermuatan negatif akan tenggelam ke dasar. Hasil dari kedua proses ini meninggalkan muatan negatif yang meningkat ke arah bawah. Ini penting dalam kasus kebakaran St. Elmo karena bagaimana peningkatan muatan negatif ini mempengaruhi permukaan bumi.

Biasanya udara di sekitar awan cukup dari isolator untuk menjaga Zeus dan baut-baut keringnya di teluk. Dalam kasus awan petir, karena muatan dari awan meningkat, kekuatan medannya juga meningkat. Ini bisa mengionisasi udara di sekitarnya sehingga lebih konduktif. Ketika elektron yang kelebihan dari dasar awan mulai menenun jalan turun melalui udara konduktif yang semakin meningkat, ia memaksa elektron di permukaan bumi (atau benda apa pun yang melekat pada bumi, seperti bangunan atau tiang kapal) . Hasilnya adalah peningkatan muatan positif yang meningkat pada bagian bumi yang ditinggikan, seperti batang yang mencerahkan.

Dengan menggunakan keseimbangan elektrostatik sebagai prekursor, kita dapat melihat bahwa objek dengan ujung runcing akan memiliki konsentrasi muatan positif yang relatif lebih tinggi daripada objek yang tidak memiliki ujung runcing. Pada akhirnya, ujung bermuatan positif bereaksi dengan meningkatnya atmosfer bermuatan negatif dan arus listrik dihasilkan.

Biasanya proses ini tidak akan terlihat. Dalam kasus korona (bukan, bukan bir), ketika potensi medan listrik cukup kuat (seperti di atas tiang kapal), elektron dapat robek dari molekulnya. Jika elektron tersebut dapat memperoleh energi yang cukup untuk menghindari diambil oleh molekul terdekat (seperti dari peningkatan, atau penurunan kekuatan medan listrik dari awan badai dan udara di sekitarnya), hasilnya adalah elektron bebas, gugus ion bermuatan positif (pada permukaan tiang kapal) dan udara di sekitarnya, semua bertabrakan satu sama lain dalam bentuk materi yang dikenal sebagai plasma. Plasma akan berpendar dengan memberi hidup cahaya ke St. Elmo dan "api" nya!

Warna cahaya plasma akan bergantung pada jenis gas yang ada. Karena udara kita terdiri dari nitrogen dan oksigen, akan berpendar biru / ungu.

Pada akhirnya, St. Elmo dan api biru / violetnya yang menakjubkan hanyalah hasil dari keseimbangan elektrostatik dari konduktor yang dipengaruhi oleh meningkatnya potensi medan listrik yang diciptakan oleh awan petir. Atau seperti Ben Franklin mengatakan "listrik atmosfer."

Tinggalkan Komentar Anda