برقگیر

مقدمه

با بررسیهای مختلفی معلوم شده است که در جو زمین حدود1800 طوفان تندری همزمان روی می دهند و این طوفانهای تندری حدود100 درخش آذرخش در ثانیه تولید می کنند. اگر چه احتمال اینکه شخصی دچار آذرخش شود در حد قابل اغماض کم است با این وجود آذرخش بسیار زیانبار است. کافی است بدانیم که حدود نیمی از جرقه زنیها در خطوط انتقال بزرگ مقیاس امروزی از آذرخش ناشی می شود. بنابر این محافظت در مقابل آذرخش مسئله مهمی است.

کارهای لومونوسوف و فرانکلین

لومونوسوف و فرانکلین نه فقط منشأ الکتریکی آذرخش را توضیح دادند، بلکه ساخت برقگیر (رسانای آذرخش) برای حفاظت ساختمانها از اصابت آذرخش را به انجام رسانیدند.

مشخصات برقگیر

سیمی بلند و نوک تیز است که در بالاترین نقطه ساختمان مورد حفاظت نصب می‌شود ته سیم کاملاً به زمین متصل می‌شود. برای این منظور معمولا سیم به یک صفحه فلزی لحیم شده و درون زمین تا سطح آب زیر زمینی فرو برده می‌شود. در عین طوفان تندری بارهای زیادی در سطح زمین القا می‌شوند و میدان الکتریکی شدیدی در سطح زمین بوجود می‌آید. شدت میدان بخصوص در نزدیک اجسام نوک تیز زیاد است و به این دلیل در نزدیکی نوک برقگیر تخلیه خرمنی ظاهر می‌شود. در نتیجه بارهای القا شده نمی‌توانند روی ساختمان جمع شوند و آذرخشی ایجاد نمی‌شود. با وجود این اگر آذرخشی بوجود آید که چنین مواردی کاملا نادر است، به برقگیر می‌خورد و بارها بدون خسارت به زمین می‌روند.

آتش سنت المو

در بعضی موارد تخلیه الکتریکی ابر برقگیر چنان شدید است که تابانی ناشی از آن به وضوح در نوک آن برقگیر دیده می‌شود. گاهی این تابانی در نزدیکی سایر اجسام نوک تیز مثل بالای دکلهای کشتی ، نوکهای تیز درختها و غیره دیده می‌شود. با این پدیده از قرنها قبل تحت عنوان آتش سنت المو آشنا بودند و ملوانانی که درک درستی از منشأ واقعی از آن نداشتند دچار وحشت و اوهام می‌شدند. لازم به یاد آوری است که برقگیری وقتی کارش را انجام می‌دهد، که اتصال آن با زمین کامل باشد. در غیر این صورت بارهای القایی نمی‌توانند از سطح زمین و ساختمانها به هوا وارد شوند. با بهره گیری از این مکانیزم توصیه شده است که موقع طوفان تندری آنتن گیرنده رادیو باید به زمین وصل باشد.

تخلیه خرمنی

· ماهیت فیزیکی تخلیه خرمنی:

· پاکسازی الکتریکی گازها یا بارش الکتریکی :

· شمارنده های ذرات بنیادی :

· اندازه گیری جریان آشکارساز گایگر مولر :

· مباحث مرتبط با عنوان:

ماهیت فیزیکی تخلیه خرمنی:

بهمن یونی همیشه باعث جرقه نمی شود، گاهی سبب نوع دیگری تخلیه ، یعنی تخلیه خرمنی می شود. تخلیه خرمنی نه تنها در مجاورت سیم جریاندار بلکه در نزدیکی نوک های تیز اجسام و به طور کلی در نزدیکی هر الکترودی که میدان الکتریکی غیر یکنواخت شدیدی ایجاد کند ظاهر می شود. یونش شدید تخلیه خرمنی به توسط میدان الکتریکی غیر یکنواخت صورت می گیرد.

در زیر تخلیه خرمنی را با کاربردهایش بررسی می کنیم.

پاکسازی الکتریکی گازهایابارش الکتریکی:

هر گاه به داخل ظرفی که از دود پر شده است الکترودهای فلزی تیز متصل به ماشین ویمچورست را وارد کنیم، فوری شفاف می شود. در یک آزمایش ساده اگر یک لوله شیشه ای شامل دو الکترود را در نظر بگیریم. یعنی یک استوانه فلزی و یک سیم نازک که در امتداد استوانه توسط گلوله سنگینی کشیده می شود. الکترود ها به ماشین ویمچورست متصل اند.

اگر جریانی از دود (یا غبار) به داخل لوله وزیده شود و ماشین الکتریکی به دوران درآید، جریان خروجی از سیستم به شرطی که ولتاژ آن قدر زیاد شود که برای پیدایش خرمن کافی باشد، کاملا پاک و شفاف می شود. تمام ذرات جامد موجود در گاز روی الکترودها می نشیند البته اگر خرمن در اطراف سیم ظاهر شود هوای داخل لوله شدیداً یونیزه می شود.

یون های گاز که با ذرات غبار برخورد می کنند به این ذرات چسبیده و به آنها بار الکتریکی می دهند چون در لوله میدان الکتریکی شدیدی برقرار است ذرات باردار تحت تاثیر آن به طرف الکترود ها حرکت کرده و روی آن رسوب می کنند. این پدیده در صنعت برای پاکسازی حجم های بزرگ گازهای صنعتی از ذرات جامد و مایع به کار می رود.

شمارنده های ذرات بنیادی:

تخلیه خرمنی اساس کار وسایل فیزیکی بسیار مهم یعنی به اصطلاح شمارنده های ذرات بنیادی را تشکیل می دهد. الکترون ها و سایر ذرات تشکیل شده در نتیجه تبدیل های مواد رادیواکتیو یک نوع شمارنده ، آشکارساز گایگر مولر وجوددارد که این شمارنده دارای استوانه فلزی کوچک با پنجره ای پوشیده شده از ورقه قلع و سیم فلزی نازکی است که در امتداد محور استوانه کشیده شده و نسبت به آن عایق بندی شده است.

شمارنده به مداری شامل یک چشمه جریان وصل است که ولتاژ چند کیلو ولت ایجاد می کند ولتاژ چنان انتخاب می شود که فقط کمی از ولتاژ بحرانی کمتر باشد. یعنی ولتاژی که برای شروع تخلیه خرمنی لازم است. وقتی که الکترون سریعی وارد شمارنده شود، مولکول های گاز داخل شمارنده را یونیزه می کند و در نتیجه ولتاژ لازم برای شروع فرض قدری کمتر می شود. تخلیه ای که در شمارنده ظاهر می شود با جریان ضعیف کوتاه مدتی در مدار ثبت می گردد.

اندازه گیری جریان آشکارساز گایگر مولر:

جریانی که در مدار ظاهر می شود چنان ضعیف است که به سختی می توان آن را با گالوانومتر معمولی آشکار ساخت. ولی اگر مقاومت بسیار بزرگ R در مدار قرار داده شود و الکترومتر حساسی موازی با آن وصل شود، جریان کاملا محسوس خواهد شد.

وقتی که جریان I درمدار ظاهر شود، ولتاژ U ، که بنابر قانون اهم مساوی U=RI است، در دو سر مقاومت ایجاد خواهد شد. اگر مقاومت خیلی بزرگ (چند میلیون اهم) ولی بسیار کمتر از مقاومت خود الکترومتر باشد، حتی یک جریان ضعیف ، ولتاژ محسوسی ایجاد خواهد کرد.

بنابر این هر بار که یک الکترون سریع وارد شمارنده شود برگه های الکترومتر دور خواهد شد. شمارنده های مشابه آشکارسازی نه فقط الکترونهای سریع بلکه آشکارسازی هر ذره بارداری را که سریعا حرکت می کند و می تواند با برخورد ، گاز را یونیزه کند، امکان پذیر ساخته اند. شمارنده های امروزی ذرات را جدا جدا ، به سهولت آشکار می کنند. و دلیل قانع کننده ای هستند بر اینکه ذرات باردار اولیه به واقع در طبیعت وجود دارند.

دید کلی

پدیده زیبا ولی خطرناک آذرخش یا برق ، تخلیه الکتریکی در جو زمین است. همه شما تا به حال غرش آسمان (رعد و برق) و نیز تلاطم ابرها و ایجاد نورهای درخشان لحظه‌ای در آسمان را دیده‌اید. و سؤالات زیادی که ... .

این صدا چه بود؟
این نور چگونه تولید می‌شود؟
چگونه از نور آذرخش استفاده کنیم؟
برق آسمان چه فواید و مضراتی دارد؟ و هزاران سؤال از این قبیل

تاریخچه

تشابه بین آذرخش و جرقه الکتریکی در همان اوایل قرن هجدهم مورد توجه قرار گرفت. تصور می‌شد که ابری طوفانی بار الکتریکی زیادی حمل می‌کنند، و آذرخش جرقه غول آسایی است که فقط از نظر اندازه با جرقه بین الکترودهای ماشین ویمچورست متفاوت است. این مطلب را مثلاً لومونوسوف (M. V. Lomonosov) فیزیکدان و شیمیدان روسی که الکتریسته جو را همراه با مسائل علمی دیگر مطالعه کرد، خاطر نشان نمود. این مطلب با آزمایشهایی که لومونوسوف در سالهای 1752 و 1753 و فرانکلین (B. Franklin) پژوهشگر آمریکایی بطور مستقل انجام دادند، تأیید شده است.

ماشین تندر لومونوسوف

لومونوسوف یک ماشین تندر ساخت. خازنی که در آزمایشگاه او نصب شده بود و با سیمی که انتهایش از اتاق خارج و بر تیرک بلند بالا برده شده بود، با الکتریسته جو باردار می شد. در مدت طوفانهای تندری ، با لمس کردن خازن می شد جرقه را از آن خارج کرد.

آزمایش فرانکلین

فرانکلین در مواقع طوفان تندری بادبادکی را با یک میله آهنی به هوا فرستاد. انتهای پایین ریسمانی که به بادبادک متصل بود به کلید دری بسته می‌شد. وقتی که ریسمان مرطوب و به رسانای الکتریکی تبدیل می‌شد، فرانکلین می‌توانست جرقه‌ها را از کلید بگیرد، بطری لید را پرکند. و سایر آزمایشهایی را که معمولاً با ماشین ویمچورست صورت می‌پذیرفت، انجام دهد.

باید خاطرنشان کرد که چنین آزمایشاتی بسیار خطرناکند زیرا آذرخش ممکن است به بادبادک بخورد و آن وقت بار زیادی از بدن آزمایشگر به زمین برسد (برق گرفتگی شدید). در تاریخ فیزیک چنین موارد دردناکی وجود دارند. مثلاً در سال 1753ریچمن (G. Richman) که با لومونوسوف کار می‌کرد در سن پترزبورک توسط آذرخش کشته شد.

البته با این آزمایشات نشان دادند که ابرهای طوفانی واقعا بارالکتریکی دارند.

چگونگی شکل گیری آذرخش

قسمتهای مختلف ابر بارهایی با علامتهای مختلف حمل می‌کنند. در بیشترین موارد پایین ابر (که به زمین است) دارای بار منفی است. در حالیکه قسمت بالا بطور مثبت باردار است. بنابراین اگر دو ابر چنان بهم نزدیک شوند که قسمتهایی که بار غیر همنام دارند، به طرف یکدیگر باشند، ممکن است بین آنها جرقه آسمانی (آذرخش) بوجود آید.

همچنین تخلیه آذرخش ممکن است به طریقه دیگری نیز صورت گیرد، ابر طوفانی با حرکت در بالای زمین بار زیادی بر سطح زمین القا می‌کند و ابر سطح زمین بصورت صفحات خازنی بزرگی در می‌آیند. اختلاف پتاسیل الکتریکی بین ابر و زمین به مقادیر عظیم صدها میلیون ولت می رسد و میدان الکتریکی شدیدی در هوا به وجود می‌آید. اگر شدت این میدان به قدر کافی زیاد باشد، ممکن است جرقه زنی روی دهد یعنی آذرخش به زمین بربخورد. گاهی آذرخشها به زمین می‌خورند یا باعث آتش سوزی می‌شوند.

پارامترهای مشخص کننده آذرخش

بنا بر مشاهدات دراز مدت تخلیه الکتریکی آذرخش با عوامل زیر مشخص می‌شود.

ولتاژ بین ابر و زمین که حدودا 108 ولت است.
جریان در آذرخش که حدودا 105 آمپر است.
مدت آذرخش که حدودا 6-10 ثانیه است.
قطر کانال تابان آذرخش که حدودا 10 تا 20 سانتیمتر است.

تندر آذرخش

تندر که بعد از آذرخش شنیده می‌شود، دارای همان منشأ ترق ترقی است که در مدت جرقه در آزمایشگاه بوجود می‌آید. یعنی هوای درون کانال تابان آذرخش به شدت گرم و منبسط می شود و موجهای صوتی ایجاد می‌کند. در نتیجه بازتاب از ابرها ، کوه ها و غیره پژواک غرشهای تندر را اغلب می‌توان شنید.

فواید و برکات رعد و برق

آبیاری

برقها معمولا حرارت فوق العاده زیاد گاه در حدود 15 هزار درجه سانتیگراد تولید می‌کنند و این حرارت کافی است که مقدار زیادی از هوای اطراف را بسوزاند و در نتیجه فشار هوا فورا کم شود و می‌دانیم در فشار کم ، ابرها می‌بارند و به همین دلیل غالبا بعد از جهش برق رگبارهایی شروع می‌شود و دانه‌های درشت باران فرو می ریزند. از اینرو برق در واقع یکی از وظایفش آبیاری است.

سمپاشی

هنگامی که برق با آن حرارتش آشکار می‌شود، قطرات باران با مقداری اکسیژن اضافی ترکیب می‌شوند و آب سنگین یعنی آب اکسیژنه ایجاد می‌کنند و هنگام بارش تخم آفت و بیماریهای گیاهی را از میان می‌برد و در واقع عمل سمپاشی انجام می‌دهد. هر سال که رعد و رق کم باشد آفات گیاهی بیشتر است!

تغذیه و کود رسانی

قطرات باران بر اثر برق و حرارت شدید ، ترکیب اسید کربنی پیدا می‌کنند و به هنگام پاشیده شدن بر زمین و ترکیب با آن یک نوع کود مؤثر گیاهی می‌سازند و گیاهان از این طریق تغذیه می‌شوند. بعضی از دانشمندان گفته‌اند مقدار کودی که در یک سال از مجموع برقهای آسمان در کره زمین بوجود می‌آید دهها میلیون تن است، که رقم فوق العاده بالایی می‌باشد.

برقگیر

دید کلی

تاریخچه

ماشین تندر لومونوسوف

آزمایش فرانکلین

چگونگی شکل گیری آذرخش

پارامترهای مشخص کننده آذرخش

تندر آذرخش

فواید و برکات رعد و برق

آبیاری

سمپاشی

تغذیه و کود رسانی

مطالب مشابه :

دانلود مقاله ای در مورد برقگير در پستهای انتقال

برقگیر چیست ؟

برقگیر

برقگیر

مقاله در مورد plc

برق‌گیر

آشنایی با تعاریف و تجهیزات مورد استفاده در برق قدرت