Villám

A Wikipédiából, a szabad enciklopédiából
Felhők közötti villám Toulouse felett

A villám nagy energiájú, természetes légköri elektromos kisülés. Keletkezhet felhő–felhő és felhő–föld között. Áramerőssége a 20-30 000 ampert is eléri, kivételes esetekben meghaladhatja a 300 000 ampert is.

A villám keletkezése[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Lecsapó villám keletkezése

A villám elektromos gázkisülés, ami felhőn belül, felhők között, vagy a talaj és felhők között jön létre. Többnyire vonalas szerkezetű, de van felületi villám is, amely a felhők felületén keletkezik. Ritkább jelenség a gömbvillám. A villám keletkezése a felhők vízcseppjeinek, jégkristályainak súrlódására, széttöredezésére vezethető vissza. A tulajdonképpeni villámot elővillám vezeti be, amely több lépésben ionizálja a levegőt, és így egyre nagyobb szakaszát vezetővé teszi. Eközben a földfelületről (vagy az ellentétes előjelű elektromossággal feltöltött felhő felől), főként a kiemelkedő részekből megindul az ellentétes előjelű elektromosság áramlása a felhő felé. Ugyanazon az ionizált légcsatornán több villám is áthaladhat. A kisülésben szállított töltésmennyiség mindössze 1-2 C, az átlagosan 0,2 s-ig tartó kisülési időtartam alatt 30-40 000 amperes áramerősség lép fel. A villám sebessége 180 km/s. A hőmérséklet elérheti a 30 000 K-t.

Ha a villám homokos talajba csap, üvegszerű anyag keletkezik, aminek a neve fulgurit.

A villámok fajtái[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Villámok Nagyváradon

A zivatarokban vagy a szupercellában egy vihar alkalmával többféle elektromos kisülés is megfigyelhető. Az egyik a cikázó (vagy vonalas) villám, amely az ún. villámcsatornában jön létre. Ha ez a felhő és a föld között jön létre, akkor lecsapó villámnak nevezzük. Ha viszont a felhők között jön létre, ekkor legtöbbször vízszintes, avagy szöget zár be vele. A másik fajtája a statikus elektromosság megnyilvánulásának az, amit felhővillámnak nevezünk.[1] Ekkor nem látjuk a villámot, csak a nagy fényességet. A harmadik pedig az, amit szakszóval felületi villámnak nevezünk. Ezt leggyakrabban akkor figyelhetjük meg, amikor egyedülálló zivatarfelhőből látjuk a kisülést.

Az égdörgés oka[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

A villámok felhevítik a levegőt, amely hirtelen kitágul és összeütközik a környező légtömegekkel, és ez nagy robajjal jár.

Miért nem villámlik és dörög egyszerre?[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Azért, mert a fény és a hang terjedési sebessége különböző. Ugyanazt a távolságot a fény sokkal gyorsabban teszi meg, ezért látjuk először a villámlást és csak utána halljuk a dörgést.

A villámlás távolsága[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Mivel a fénysebesség sokszorosan felülmúlja a hang terjedési sebességét, ezért mindenféle eszköz nélkül is meg tudjuk állapítani a villámlás távolságát.

A villám megpillantásakor elkezdünk számolni: 21, 22, 23,[2] ... Ha mondjuk a dörgést „23”-nál halljuk, a hangnak 3 másodperc kellett az út megtételéhez. A másodperceket elosztjuk 3-mal, így közelítőleg megkapjuk a távolságot km-ben.

Villámcsapás elleni védekezés[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Villám csap az Eiffel-toronyba (1902)

Villámcsapás ellen nincs igazi védekezés, azonban a károkat és a sérüléseket előre tervezéssel és odafigyeléssel jelentősen csökkenteni lehet.

Villámcsapás zivatar előtt is lehetséges, ezért vegyük komoly figyelmeztető jelnek a sötét és magas viharfelhőket vagy az erősödő szelet. A villámcsapások 10%-a verőfényes, kék égbolt mellett következik be, a zivatarfelhőtől akár 15 km távolságban.

Ha a villámlás után 30 másodpercen belül meghalljuk a dörgést, azonnal keressünk menedéket. Évente mintegy 2000 embert ér villámcsapás, ezeknek 25-33%-a halálos.[3]

Épületek védelme[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

A villámok elleni védekezés érdekében Benjamin Franklin feltalálta a villámhárítót. Ez egy, az épületek tetején elhelyezett és földelt fémrúd, amely az épület környezetében felhalmozódó elektromos töltéseket a villámhárítón keresztül elvezeti, illetve becsapódó villám esetén annak áramát a talajba vezeti, így az épületet megóvja a villámcsapás közvetlen károsító hatásaitól.

A villám azonban akkor is okozhat károkat, ha villámhárítóba csap. A villámhárítóban folyó nagy áramerősség hatására háromféle úton terjedhet tovább a villám hatása.

  1. Konduktív csatolással: A földelt fémvezetéken végigfolyó illetve a földben szétterjedő áram hatására megemelkedik a villámhárító és annak környékének potenciálja a távolabbi „föld” pontokhoz képest. Ez túlfeszültséghez vezet, ami átívelhet szigetelt vagy máshol földelt tárgyakhoz. Mivel a feszültségemelkedés mértéke U=I_v R_f (I_v a villám áramerőssége, R_f az úgynevezett földelési ellenállás), fontos a villámhárítók (és egyéb, villámcsapásnak kitett fémtárgyak) megfelelő földelése. 100 kA-es áramcsúcs és 2 Ω-os földelési ellenállás esetén 200 kV adódik, ami elegendő kb. 10 cm levegő átütéséhez.[4]
  2. Induktív csatolással: A villámhárítóban folyó áram mágneses tere feszültséget indukálhat a közelben található, attól független vezetőhurkokban is. Többszintes épület esetén az adatátviteli és villamos hálózatok és antennák rendszerében könnyen indukálódhatnak hatalmas túlfeszültségek. Egy villámvédelmi méretezésekben használt átlagos áramfelfutási értékkel, 100 kA/μs-mal számolva egy, a villámhárítótól fél méterre (falvastagság) elhelyezkedő, 10 m élhosszúságú négyzetben 620 kV is indukálódhat.[5]
  3. Kapacitív csatolással: A villámhárító és a hozzá kapcsolódó vezetők, vezetékek mint egyik fegyverzet és a környezetben található fémtárgyak, más vezetékek mint másik fegyverzet közötti kapacitás (szórt kapacitás) miatt a villámhárító potenciáljának megugrása a másik fegyverzet ellentétes irányú feltöltődéséhez vezet. Ez nagy áramerősségekkel és feszültségszintekkel járhat.[6]

Emberek a szabadban[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Szabadban végzett tevékenységünket az aktuális időjárásjelentés ismeretében tervezzük meg úgy, hogy villámlás esetén vissza tudjunk vonulni egy közeli épületbe vagy egy teljesen zárt, felül is fémmel borított gépjárműbe. A járművön belül is maradjunk távol a fémes részektől (pl. ne fogjuk a kormányt).

Zivatar idején lehetőség szerint kerüljük a kiemelkedő tárgyak (oszlop, torony, fák, elektromos távvezeték), barlangbejáratok, nyitott térségek, illetve vízfelületek közelségét. Magashegyi túránál keressünk törmelékes kőzettel borított helyet magunknak, üljünk le, zárjuk össze lábainkat és tegyük a fülünkre a kezünket (ezzel csökkentjük a halláskárosodás veszélyét).

Közvetlenül a villámcsapás előtt sercegést vagy recsegést lehet hallani, és bőrünkön felállhat a szőr vagy bizsergést érzünk rajta. Ha ilyenkor csoportban vagyunk, szóródjunk szét, és guggoljunk le úgy, hogy az egyes emberek között legyen 4-5 méter távolság. Ilyenkor, ha az egyik csoporttagot villámcsapás éri, a többiek segíteni tudnak rajta.

Emberek épületen belül[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Maradjunk távol a vízvezetékektől, ajtótól, ablakoktól, ne használjuk a vezetékes telefont, a kézmosót, a zuhanyzót, a fürdőkádat. Kapcsoljuk ki az összes elektromos készüléket, húzzuk ki a konnektorból és az antennacsatlakozóból a zsinórokat, és ezektől is maradjunk távol. Az utolsó, hallható villámcsapás után még várjunk 30 percet, és csak aztán folytassuk normál tevékenységünket. Érdemes túlfeszültségvédelemmel ellátott konnektort használni, mert ha nem is a közeli vezetékrendszerbe csap a villám, lehet akkora pillanatnyi feszültségemelkedés, ami tönkreteheti az elektronikus készülékeket.

Villámcsapás és repülőgép[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Érdekesség, hogy a statisztikák szerint minden rendszeres kereskedelmi járatot évente átlagosan egyszer villámcsapás ér (van, amelyiket többször is, és van, amelyiket egyáltalán nem).[7] Az ilyen esetek többnyire csak ijedelmet okoznak a gép fedélzetén, mivel a repülőgépek többségének teste az elektromosan jól vezető alumíniumból vagy fémötvözetekből készül, ez pedig megvédi a gép berendezéseit, illetve a gép utasait a közvetlen villámcsapástól (Faraday-kalitka elve). A gép érzékeny elektromos berendezései túlfeszültség ellen védve vannak. Vigyázni kell azonban, ha a gépből való kiszálláskor villámlik, ekkor ugyanis a gép által biztosított védelmet már nem élvezzük.

Élettani hatás[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Villámcsapás esetén az áramütés csak 10-20%-ban halálos, ha van a közelben életmentésre alkalmas személy, aki azonnal beavatkozik. Csonttöréssel csak akkor kell számolni, ha az áldozat leesett valahonnan, azonban szinte mindenkinél hallás- és látászavarok lépnek fel, mert az erős fény- és hanghatás (tartósan is) károsíthatja az érzékszerveket. Az érzékcsalódások akár órákig is eltarthatnak. A villámcsapás ún. áramjegyet hagy maga után: az áram ki és belépési helyén világos színű, faág alakú bőrelhalás marad. Ezt ugyanúgy kell kezelni, mint más égést.

Ha a villámcsapást szenvedett áldozat magánál van, és környezete villámcsapás szempontjából nagy kockázatot jelent, kísérjük vagy szállítsuk kisebb kockázatot jelentő helyre. Az esetek többségében sem hallani, sem látni nem fog minket, ezért oda kell mennünk hozzá, és kézen fogva vezetnünk kell. Az áramütött személy nem hordoz elektromos töltést, így nyugodtan megfoghatjuk puszta kézzel is.

Ha az áldozat nincs magánál, nem lélegzik, és értünk hozzá, azonnal kezdjük meg az életmentést, a szájból orrba való lélegeztetést. Ezt még a szállítása előtt, az eredeti helyszínen kezdjük meg, és csak utána szállítsuk.

Ellenőrizzük a pulzusát a nyaki ütőérnél legalább 20 másodpercig, és ha nem észlelünk pulzust, a lélegeztetéssel felváltva mellkaskompressziót (a köznyelv ezt szívmasszázsként ismeri) is kell alkalmaznunk, amely esetben a mellkasra mért pumpáló mozdulatok folytonosságán és ritmusosságán van a hangsúly. Ha az áldozat a nedves földön fekszik, helyezzünk alá valamilyen védőréteget, ami elszigeteli a talajtól, hogy csökkentsük a kihűlés veszélyét. Ha a pulzus visszatér, de az áldozat még nincs magánál, folytassuk a lélegeztetést, amíg az újra meg nem indul. Ha a pulzus nem tér vissza 20-30 perces szakszerű kezelés után sem, a mentő személy kevésbé érzi majd magát bűnösnek, ha ekkor abbahagyja a mentést.

Villám és antianyag[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

A nagyenergiájú gammakitörések vizsgálatára üzembe állított Fermi gammasugár teleszkóp 14 hónapos működése során 2009-ben 17 alkalommal észlelte, hogy földi villámlás során nem csak elektronok, hanem pozitronok is keletkeztek (amik az elektronok antianyag-megfelelői).[8] Az észlelést a World Wide Lightning Location Network is megerősítette.

A bejelentés nem teljesen új, mivel hasonló energiájú gammakitöréseket már az 1990-es évek elején is észlelt a NASA Compton űrtávcső műholdja.

Téves hiedelmek[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

  • Nem igaz, hogy „a villám kétszer nem csap le ugyanarra a helyre”. Az Empire State Building épületbe egy alkalommal 15 percen belül 15 alkalommal csapott bele a villám.

Jegyzetek[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

  1. Felhővillám képe
  2. Azért 21-től kezdünk számolni, mert úgy a számolás nagyjából másodpercenként történik.
  3. Glenn D. Considine (főszerk.): Van Nostrand's Scientific Encyclopedia, 2008, John Wiley & Sons, Inc., ISBN 978-0-471-74338-5, p. 3038
  4. Túlfeszültség keletkezése, túlfeszültség védelem. BME Villamos energetika Tanszék, 7. o. Hozzáférés ideje: 2010. augusztus 29. 
  5. Túlfeszültség keletkezése, túlfeszültség védelem. BME Villamos energetika Tanszék, 8. o. Hozzáférés ideje: 2010. augusztus 29. 
  6. Túlfeszültség keletkezése, túlfeszültség védelem. BME Villamos energetika Tanszék, 9. o. Hozzáférés ideje: 2010. augusztus 29. 
  7. Does lightning hit airplanes (angol nyelven). (Hozzáférés: 2008. október 19.)
  8. http://www.sciencenews.org/view/generic/id/49288/title/Signature_of_antimatter_detected_in_lightning Signature of antimatter detected in lightning - 2009. november 6.

Források[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

  • Bazelkilan, E.M.: Lightning Physics and Lightning Protection, Iop Publishing, Philadelphia, PA, 2000.
  • Franz, R.C., R.J. Nemzek, and J.R. Winckler: Television Image of a Large Upward Electrical Discharge Above a Thunderstorm System, Science, 48 (July 6, 1990).
  • Horváth, T.: Understanding Lightning and Lightning Protection: A Multimedia Teaching Guide, John Wiley & Sons, Inc., Hoboken, NJ, 2006.
  • Marks, J.A., Ed.: Electrical Systems, Electric Power Research Institute, Palo Alto, CA, 1985. http://www.epri.com/
  • Ohkubo, A., H. Fukunishi, Y. Takahashi, and T. Adachi: VLF/ELF Sferic Evidence for in-cloud Discharge Activity Producing Sprites, Geophys. Res. Lett., 32, 2005.
  • Orville, R.E. and G.G. Lala: Daylight Time-Resolved Photographs of Lightning, Science, 201, 59–61 (1978).
  • Rycroft, M.J., M. Fallekrug, and E.A. Mareev: Sprites, Elves and Intense Lightning Discharges, Springer-Verlag New York, LLC, New York, NY, 2006.
  • Tahiliani, V.: Metal Oxide Surge Arresters for Gas-Insulated Systems, Electric Power Research Institute, Palo Alto, CA, 1983.
  • Uman, M.A.: The Lightning Discharge, Academic Press, San Diego, CA, 1987.
  • Uman, M.A. and E.P. Krider: Natural and Artificially Initiated Lightning, Science, 457 (October 27, 1989).
  • Waterbury, R.C.: Safir Forecasts Lightning Strikes, Instrumentation Technology, 72 (July, 1990).

További információk[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Commons
A Wikimédia Commons tartalmaz Villám témájú médiaállományokat.

(angolul):